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UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS 
Curso de Pós-Graduação em Engenharia de Estruturas 
 
 
 
 
Tese de Doutorado 
 
 
 
“Caracterização e análise macro e microestrutural de concretos 
fabricados com cimentos contendo escórias de alto-forno.” 
 
 
 
 
Autor: Aldo Giuntini de Magalhães 
Orientador: Prof. José Marcio Fonseca Calixto, PhD 
Co-orientador: Prof. Wander Luiz Vasconcelos, PhD 
 
 
 
 
 
 
 
Dezembro/2007 
 ii 
 
 
UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS 
ESCOLA DE ENGENHARIA 
CURSO DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE ESTRUTURAS 
 
“CARACTERIZAÇÃO E ANÁLISE MACRO E MICROESTRUTURAL 
DE CONCRETOS FABRICADOS COM CIMENTOS CONTENDO 
ESCÓRIAS DE ALTO-FORNO” 
 
Aldo Giuntini de Magalhães 
 
Tese apresentada ao Curso de Pós-Graduação em 
Engenharia de Estruturas da Escola de 
Engenharia da Universidade Federal de Minas 
Gerais, como parte dos requisitos necessários à 
obtenção do título de “Doutor em Engenharia de 
Estruturas”. 
 
Comissão Examinadora: 
 
________________________________________________ 
Prof. José Marcio Fonseca Calixto, PhD 
DEES - UFMG (Orientador) 
 
________________________________________________ 
Prof. Wander Luiz Vasconcelos, PhD 
DEMET - UFMG (Co-orientador) 
 
________________________________________________ 
Prof. Ney Amorim Silva, D. Sc. 
DEES - UFMG 
 
________________________________________________ 
Prof. Paulo Roberto Gomes Brandão, PhD 
DEMIN - UFMG 
 
________________________________________________ 
Prof.ª Maria Teresa Paulino Aguilar, D.Sc. 
DEMC - UFMG 
 
________________________________________________ 
Prof. Ivan Ramalho de Almeida, D.Sc. 
UFF 
 
________________________________________________ 
Prof. João Luiz Calmon Nogueira da Gama, D.Sc. 
UFES 
 
Belo Horizonte, 19 de dezembro de 2007 
 
 iii 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Dedico este trabalho aos meus pais, 
José Horta e Carla, e aos meus 
avôs, Leonetto e Clara. 
 
 
 iv 
 
 
AGRADECIMENTOS 
 
Ao longo desses anos em que me dediquei à elaboração dessa tese de doutorado contei 
com o apoio de inúmeras pessoas. Nesse momento gostaria de deixar registrado meu 
profundo sentimento de gratidão a todas elas. 
 
Ao Prof. José Marcio Fonseca Calixto, meu orientador, e ao Prof. Wander Luiz 
Vasconcelos, meu co-orientador, pela amizade, paciência e valorosos ensinamentos. 
Foram sem dúvida os melhores companheiros que poderia ter escolhido para me 
acompanhar nessa jornada. 
 
Aos alunos de iniciação científica, Prescila Moreira Barbosa e Felipe Augusto Campos 
Canesso, pelo empenho e pela amizade. Esse trabalho só foi possível graças à 
participação de ambos. Também gostaria de agradecer a aluna de engenharia química 
Natália Lopes, pela inestimável contribuição na organização dos dados de diversos 
ensaios. 
 
À LAFARGE, pela doação dos materiais utilizados nessa pesquisa e pelo auxílio na 
realização de diversos ensaios. Cabe aqui um agradecimento especial ao Eng. Esdras de 
Poty França, um profundo conhecedor da tecnologia do concreto, que com sua 
experiência e jovialidade sempre incentivou minhas pesquisas. 
 
Ao Prof. Abdias Magalhães Gomes, que sempre se mostrou disposto a colaborar nos 
momentos de necessidade. Sem seu apoio muitos dos ensaios realizados não teriam sido 
possíveis. 
 
Ao Prof. Paulo Roberto Gomes Brandão pelos ensinamentos e bons conselhos dados ao 
longo da elaboração da tese. 
 
Ao Prof. Walter de Brito, do CDTN, que com sua larga experiência muito me auxiliou 
nas análises de espectroscopia de raios X contidas no trabalho. 
 
 
 v 
 
 
Ao James Vieira Alves e a Sônia Pinto Prates, também do CDTN, que gentilmente me 
auxiliaram na confecção e na análise das lâminas delgadas. 
 
Ao professor Evandro Moraes da Gama e ao laboratorista Cleber Flor Eustáquio do 
laboratório de tecnologia de rochas e ao laboratorista Alberto Afonso Lúcio do 
laboratório de tratamento de minérios, pelo apoio dado na preparação das amostras. 
 
Aos professores e técnicos dos laboratórios de microscopia eletrônica, espectroscopia de 
raios X, hidrometalurgia e análises químicas da EEUFMG. Em especial à Patrícia Mara 
Trigueiro de Azevedo, a Andréia Bicalho Henriques, a Ilda de Sousa Batista e a Enga. 
Claudia Lima Caldeira. 
 
Ao Geraldo Evaristo Silva do laboratório de análise estrutural e ao Paulo Antônio de 
Pádua do Laboratório de materiais cerâmicos que muito me auxiliaram ao longo desse 
trabalho. 
 
Aos professores do departamento de Engenharia de Materiais de Construção pela 
amizade, confiança e auxílio. Meu agradecimento especial a Profa. Maria Teresa 
Paulino Aguilar com quem pude compartilhar bons momentos de reflexões. 
 
Às secretárias do departamento de Engenharia de Estruturas da UFMG, Maria Inês 
Miranda de Souza, Patrícia Aparecida da Silva, Lucíola Maria Canêdo Alves, Iracema 
Alves Torres, Fátima Aparecida de Carvalho e Renata Francisca Reis, pela atenção, 
gentileza e incentivo constante que me dedicaram. 
 
A FAPEMIG, ao CNPQ e a CAPES pelo apoio financeiro. 
 
Finalmente, a todos que de uma maneira ou de outra, contribuíram para que este 
objetivo fosse alcançado. 
 
 
 
 
 vi 
 
 
SUMÁRIO 
 
LISTA DE FIGURAS......................................................................................... xi 
LISTA DE TABELAS........................................................................................ xxi 
LISTA DE SÍMBOLOS..................................................................................... xxv 
RESUMO............................................................................................................. xxix 
ABSTRACT......................................................................................................... xxx 
1. INTRODUÇÃO.............................................................................................. 1 
 1.1 Justificativa............................................................................................... 4 
 1.2 Objetivo..................................................................................................... 6 
 1.3 Estrutura do Trabalho............................................................................. 7 
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA...................................................................... 9 
 2.1 A Correlação Entre Variáveis Microscópicas e Macroscópicas do 
Concreto.......................................................................................................... 
 
9 
2.1.1 Aspectos Relacionados com o Processamento do Concreto............. 10 
2.1.2 Aspectos Relacionados com a Estrutura do Concreto...................... 11 
2.1.3 Aspectos Relacionados com as Propriedades do Concreto.............. 11 
2.1.4 Aspectos Relacionados com o Desempenho do Concreto................ 12 
 2.2 Agregados................................................................................................. 13 
2.2.1 Definição........................................................................................... 13 
2.2.2 Classificação Quanto à Natureza...................................................... 14 
2.2.3 Classificação Quanto a Origem Mineralógica.................................. 14 
2.2.4 Classificação Quanto as Dimensões................................................. 20 
2.2.5 Classificação Quanto a Forma e Textura das Partículas................... 21 
2.2.6 Classificação Quanto ao Peso........................................................... 22 
2.2.7 Influência das Características dos Agregados nas Propriedades do 
Concreto..................................................................................................... 
 
23 
2.3 O Cimento Portland................................................................................ 30 
2.3.1 Resumo Histórico............................................................................. 30 
2.3.2 Fabricação do cimentoPortland....................................................... 36 
Moagem........................................................................................... 37 
Dosagem da Mistura Crua.............................................................. 37 
 
 vii 
 
 
Homogeneização da Mistura Crua.................................................. 38 
Formação do Clínquer..................................................................... 39 
Resfriamento.................................................................................... 42 
 Adições Finais e Moagem do Clínquer........................................... 42 
2.3.3 Propriedades das Principais Fases Mineralógicas do Cimento 
Portland...................................................................................................... 43 
Silicato Tricálcico( C3S).................................................................. 43 
Silicato Dicálcico (C2S)................................................................... 44 
Fase Intersticial............................................................................... 45 
a) Aluminato Tricálcico (C3A).................................................... 46 
b) Ferro Aluminato Tetracálcico( C4AF)..................................... 47 
 Componentes Secundários.............................................................. 47 
a) Cal Livre (CaO)....................................................................... 47 
b) Periclásio................................................................................. 48 
 Componentes Alcalinos e Sulfatos.................................................. 49 
Outros Compostos............................................................................ 49 
2.3.4 Hidratação do Cimento Portland...................................................... 50 
2.3.5 Classificação dos Cimentos.............................................................. 55 
 2.4 A Zona de Transição Interfacial Entre o Agregado e a Pasta de 
Cimento........................................................................................................... 
 
59 
 2.5 O Efeito da Adição de Escória de Alto-Forno na Microestrutura do 
Concreto.......................................................................................................... 
 
64 
3. METODOLOGIA PARA CARACTERIZAÇÃO E ANÁLISE DOS 
CONCRETOS E DE SEUS MATERIAIS CONSTITUINTES.................... 
 
74 
3.1 Metodologia Experimental..................................................................... 74 
3.1.1 Ensaios de Caracterização da Macroestrutura.................................. 77 
Agregados......................................................................................... 77 
Aglomerantes.................................................................................... 78 
Concreto............................................................................................ 79 
Permeabilidade à Água do Concreto e a Durabilidade................ 79 
3.1.2 Ensaios para Caracterização Microestrutural................................... 82 
 Agregados........................................................................................ 82 
 
 viii 
 
 
 Aglomerantes e Seus Constituintes.................................................. 85 
 Concreto........................................................................................... 86 
3.2 Técnicas de Caracterização e Análise dos Materiais............................ 90 
3.2.1 Espectroscopia Atômica de Raios X................................................. 90 
Fluorescência de Raios X................................................................. 92 
Difração de Raios X.......................................................................... 93 
3.2.2 Análises Térmicas............................................................................. 95 
Análise Termogravimétrica (TGA)................................................... 96 
Análise Térmica Diferencial (DTA).................................................. 98 
3.2.3 Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV).................................. 101 
3.2.4 Adsorção de Nitrogênio (BET)......................................................... 104 
3.2.5 Porosimetria por Intrusão de Mercúrio (MIP).................................. 107 
3.2.6 Picnometria....................................................................................... 110 
Picnometria de Mercúrio.................................................................. 110 
Picnometria com Hélio..................................................................... 111 
3.2.7 Granulometria a LASER................................................................... 111 
3.2.8 Lâminas Delgadas............................................................................. 112 
3.3 Equipamentos e Instalações.................................................................. 112 
4. CARACTERIZAÇÃO E ANÁLISE DOS MATERIAIS 
CONSTITUINTES DOS CONCRETOS.......................................................... 
 
113 
4.1 Agregados................................................................................................. 114 
4.1.1 Agregado Graúdo.............................................................................. 114 
Procedência....................................................................................... 114 
Caracterização Químico-Mineralógica............................................. 114 
a) Composição Química Qualitativa............................................ 114 
b) Composição Química Quantitativa.......................................... 115 
c) Difração de Raios X................................................................. 115 
d) Lâminas Delgadas................................................................... 117 
Caracterização Física........................................................................ 120 
4.1.2 Agregado Miúdo............................................................................... 122 
Procedência....................................................................................... 122 
Caracterização Químico-Mineralógica............................................. 122 
 
 ix 
 
 
a) Composição Química Quantitativa.......................................... 122 
b) Difração de Raios X................................................................ 123 
Caracterização Física........................................................................ 125 
4.2 Aglomerantes e Seus Constituintes........................................................ 129 
4.2.1 Clínquer Portland.............................................................................. 129 
Caracterização Químico-Mineralógica............................................. 130 
a) Composição Química Quantitativa.......................................... 130 
b) Difração de Raios X................................................................ 131 
4.2.2 Gesso................................................................................................. 132 
Caracterização Químico-Mineralógica............................................. 132 
a) Composição Química Quantitativa.......................................... 132 
b) Difração de Raios X................................................................ 133 
4.2.3 Calcário............................................................................................. 134 
Caracterização Químico-Mineralógica............................................. 134 
a) Composição Química Quantitativa.......................................... 134 
b) Difração de Raios X................................................................ 135 
4.2.4 Escória Tipo 1................................................................................... 136 
Caracterização Químico-Mineralógica............................................. 136 
a)Composição Química Quantitativa.......................................... 136 
b) Difração de Raios X................................................................ 137 
4.2.5 Escória Tipo 2................................................................................... 139 
Caracterização Químico-Mineralógica............................................. 139 
a) Composição Química Quantitativa.......................................... 139 
b) Difração de Raios X................................................................ 140 
4.2.6 Cimento Portland.............................................................................. 141 
Caracterização Químico-Mineralógica............................................. 141 
a) Composição Química Quantitativa.......................................... 141 
b) Difração de Raios X................................................................ 143 
Caracterização Física........................................................................ 146 
4.3 Aditivo....................................................................................................... 147 
Caracterização Física........................................................................ 147 
4.3 Composição dos Diferentes Concretos Estudados................................ 148 
 
 x 
 
 
5. CARACTERIZAÇÃO E ANÁLISE MACRO E 
MICROESTRUTURAL DE CONCRETOS FABRICADOS COM 
CIMENTOS CONTENDO ESCÓRIAS DE ALTO-FORNO........................ 
 
 
149 
5.1 Caracterização e Análise da Macroestrutura do Concreto................. 150 
5.1.1 Consistência do Concreto................................................................. 150 
5.1.2 Resistência à Compressão do Concreto............................................ 150 
5.1.3 Módulo de Elasticidade Estático Secante......................................... 154 
5.1.4 Coeficiente de Permeabilidade à Água............................................. 163 
5.1.5 Densidade Aparente.......................................................................... 166 
5.2 Caracterização e Análise da Microestrutura do Concreto................. 168 
5.2.1 Identificação das Fases Presentes..................................................... 168 
Análises Difratométricas de Raios X................................................. 168 
Análises Térmicas.............................................................................. 175 
Análises Por Microscopia Eletrônica de Varredura......................... 179 
5.2.2 Caracterização e Análise da Estrutura de Vazios............................. 185 
Porosidade Total................................................................................ 185 
Porosidade Aberta............................................................................. 190 
Porosidade Fechada.......................................................................... 191 
Diâmetro Médio dos Poros................................................................ 192 
6. CONCLUSÕES............................................................................................... 198 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS......................................................... 204 
ANEXOS............................................................................................................. 215 
Anexo A ......................................................................................................... 216 
Anexo B ......................................................................................................... 226 
 
 
 
 
 
 
 
 
 xi 
 
 
LISTA DE FIGURAS 
 
Figura 2.1 Ciclo de correlações entre parâmetros de processamento, 
estrutura propriedades e desempenho........................................... 
 
10 
Figura 2.2 Características dos Agregados x Propriedades do Concreto........ 13 
Figura 2.3 (a) Vista do Panteón de Agripa em Roma (b) Foto do interior de 
sua cúpula..................................................................................... 32 
Figura 2.4 Foto do farol de Eddystone........................................................... 32 
Figura 2.5 Parlamento de Londres construído com cimento Portland de 
Aspdin........................................................................................... 35 
Figura 2.6 Curva da hidratação do C3A na presença de sulfato de cálcio..... 51 
Figura 2.7 Esquema da taxa de liberação de calor durante a hidratação dos 
silicatos......................................................................................... 
 
53 
Figura 2.8 Modelos para a zona de transição................................................. 63 
Figura 3.1 Esquema de um tubo de raios X................................................... 91 
Figura 3.2 Difração de raios X em um cristal................................................ 94 
Figura 3.3 Principais tipos de curvas de TGA............................................... 96 
Figura 3.4 Componentes de uma termobalança............................................. 97 
Figura 3.5 Comparação de curvas TGA e DTG............................................ 98 
Figura 3.6 Representação esquemática do arranjo de um DTA..................... 99 
Figura 3.7 Esquema da análise térmica diferencial........................................ 99 
Figura 3.8 Esquema de um termograma diferencial...................................... 100 
Figura 3.9 Sinais resultantes da interação do feixe de elétrons primários 
com a amostra............................................................................... 
 
102 
Figura 4.1 Caracterização da fração gnáissica do agregado graúdo.............. 116 
Figura 4.2 Caracterização da fração quartzo-feldspática do agregado 
graúdo........................................................................................... 
 
116 
Figura 4.3 Caracterização da fração de anfibólio do agregado 
graúdo........................................................................................... 
 
117 
Figura 4.4 Fotos dos principais minerais presentes nos agregados graúdos.. 119 
Figura 4.5 Resultados dos ensaios de caracterização do agregado graúdo 
segundo as normas ABNT............................................................ 
 
120 
 
 xii 
 
 
Figura 4.6 Caracterização da areia gnáissica artificial passante na peneira 
#150 (abertura de 150 µm)........................................................... 
 
124 
Figura 4.7 Caracterização da areia gnáissica artificial passante na peneira 
#400 (abertura de 38 µm)............................................................. 
 
124 
Figura 4.8 Resultados dos ensaios de caracterização do agregado miúdo 
segundo as normas ABNT............................................................ 
 
126 
Figura 4.9 Curva de inchamento da areia obtida pelo método de ensaio 
descrito pela NBR 6467:1987....................................................... 
 
127 
Figura 4.10 Areia artificial de gnaisse (< 150 μm) - Granulometria a Laser 
(CILAS) d10%= ,48μm; d50% = 64,54μm; d90% =146,31μm... 
 
128 
Figura 4.11 Areia artificial de gnaisse (< 38 μm) - Granulometria a Laser 
(CILAS) d10%= 1,13 μm; d50% = 7,12 μm; d90% = 19,60 μm. 
 
128 
Figura 4.12 Fotos da amostra de clínquer Portland ensaiada........................... 129 
Figura 4.13 Caracterização do clínquer Portland realizado por meio de 
difratometria de raios X................................................................ 
 
131 
Figura 4.14 Fotos da amostra de gesso natural ensaiada................................. 132 
Figura 4.15 Caracterização do gesso realizado por meio de difratometria de 
raios X........................................................................................... 
 
133 
Figura 4.16 Fotos da amostra de calcário ensaiada.......................................... 134 
Figura 4.17 Caracterização do calcário realizado por meio de difratometria 
de raios X......................................................................................134 
Figura 4.18 Fotos da amostra de escória tipo 1 ensaiada................................. 136 
Figura 4.19 Caracterização escória tipo 1 realizado por meio de 
difratometria de raios X................................................................ 
 
137 
Figura 4.20 Fotos da amostra de escória tipo 2 ensaiada................................. 139 
Figura 4.21 Caracterização escória tipo 2 realizado por meio de 
difratometria de raios X................................................................ 
 
140 
Figura 4.22 Caracterização do cimento Portland CP II E 32 - Traço C30 
CPII realizado por meio de difratometria de raios X.................... 
 
144 
Figura 4.23 Caracterização do cimento Portland CP III 32 - Traço C30 
CPIII realizado por meio de difratometria de raios X.................. 
 
 
144 
 
 xiii 
 
 
Figura 4.24 Caracterização do cimento Portland CP II E 32 - Traço C40 
CPII realizado por meio de difratometria de raios X.................... 
 
145 
Figura 4.25 Caracterização do cimento Portland CP III 32 - Traço C40 
CPIII realizado por meio de difratometria de raios X.................. 
 
145 
Figura 5.1 Resistência almejada de 30 MPa - Evolução ao longo do tempo 
para o CP II E 32 e CP III 32........................................................ 
 
151 
Figura 5.2 Resistência almejada de 40 MPa - Evolução ao longo do tempo 
para o CP II E 32 e CP III 32........................................................ 
 
151 
Figura 5.3 Evolução da resistência à compressão até 91 dias - CP II E 32... 153 
Figura 5.4 Evolução da resistência à compressão até 91 dias CP III 32........ 153 
Figura 5.5 Curvas tensão-deformação dos concretos do traço C30 CP II 
para as idades de 3, 7, 14, 28, 56 e 91 dias................................... 
 
154 
Figura 5.6 Curvas tensão-deformação dos concretos do traço C30 CP III 
para as idades de 3, 7, 14, 28, 56 e 91 dias................................... 
 
154 
Figura 5.7 Curvas tensão-deformação dos concretos do traço C40 CP II 
para as idades de 3, 7, 14, 28, 56 e 91 dias................................... 
 
155 
Figura 5.8 Curvas tensão-deformação dos concretos do traço C40 CP III 
para as idades de 3, 7, 14, 28, 56 e 91 dias................................... 
 
155 
Figura 5.9 Evolução ao longo do tempo do módulo de elasticidade para 
concretos da classe C 30............................................................... 
 
157 
Figura 5.10 Evolução ao longo do tempo do módulo de elasticidade para 
concretos da classe C 40............................................................... 
 
157 
Figura 5.11 Evolução do módulo de elasticidade até 91 dias - CP II E 32...... 159 
Figura 5.12 Evolução do módulo de elasticidade até 91 dias - CP III 32........ 159 
Figura 5.13 Gráfico comparativo do Módulo de Elasticidade Estático 
Secante - NBR 6118/2003......................................................... 
 
160 
Figura 5.14 Gráfico comparativo do Módulo de Elasticidade Estático 
Secante - NBR 6118/2003 incluindo os valores obtidos por 
NUNES (2005)............................................................................. 
 
 
161 
Figura 5.15 Gráfico comparativo do Módulo de Elasticidade Estático 
Secante e a equação proposta por NUNES (2005)....................... 
 
 
162 
 
 xiv 
 
 
Figura 5.16 Gráfico comparativo dos valores do coeficiente de 
permeabilidade à água.................................................................. 
 
165 
Figura 5.17 Gráfico comparativo dos valores da densidade aparente média 
dos corpos-de-prova dos concretos da classe C30........................ 
 
167 
Figura 5.18 Gráfico comparativo dos valores da densidade aparente média 
dos corpos-de-prova dos concretos da classe C40........................ 
 
167 
Figura 5.19 Resultado do ensaio de espectroscopia de difração de raios X 
realizado na argamassa da matriz do concreto C30 CP II aos 3 
dias de idade................................................................................. 
 
 
169 
Figura 5.20 Resultado do ensaio de espectroscopia de difração de raios X 
realizado na argamassa da matriz do concreto C30 CP II aos 7 
dias de idade................................................................................. 
 
 
170 
Figura 5.21 Resultado do ensaio de espectroscopia de difração de raios X 
realizado na argamassa da matriz do concreto C30 CP II aos 14 
dias de idade................................................................................. 
 
 
170 
Figura 5.22 Resultado do ensaio de espectroscopia de difração de raios X 
realizado na argamassa da matriz do concreto C30 CP II aos 28 
dias de idade................................................................................. 
 
 
171 
Figura 5.23 Resultado do ensaio de espectroscopia de difração de raios X 
realizado na argamassa da matriz do concreto C30 CP II aos 56 
dias de idade................................................................................. 
 
 
171 
Figura 5.24 Resultado do ensaio de espectroscopia de difração de raios X 
realizado na argamassa da matriz do concreto C30 CP II aos 91 
dias de idade................................................................................. 
 
 
172 
Figura 5.25 Intensidade relativa dos picos principais de Ca(OH)2 obtidos 
nos ensaios de espectroscopia de difração de raios X 
realizados na argamassa da matriz dos concretos da classe C30 
e C40............................................................................................. 
 
 
 
174 
Figura 5.26 Resultado dos ensaios de análises térmicas realizados na 
argamassa da matriz do concreto C30 CP II aos 3 dias de idade. 
 
176 
Figura 5.27 Calor liberado pela reação de desidratação da portlandita para 
todos os traços em função da idade.............................................. 
 
176 
 
 xv 
 
 
Figura 5.28 Curvas de TG dos concretos das classes C30 e C40 aos 3 dias 
de idade......................................................................................... 
 
177 
Figura 5.29 Curvas de TG dos concretos das classes C30 e C40 aos 28 dias 
de idade......................................................................................... 
 
178 
Figura 5.30 Curvas de TG dos concretos das classes C30 e C40 aos 91 dias 
de idade......................................................................................... 
 
178 
Figura 5.31 Foto-micrografia da seção fraturada do concreto C40 CP II aos 
7 dias de idade.............................................................................. 
 
180 
Figura 5.32 Micrografia da zona de transição do concreto C40 CP III aos 7 
dias. Aumento 2000x.................................................................... 
 
180 
Figura 5.33 Micrografia da zona de transição do concreto C40 CP III aos 28 
dias. Aumento 2000x.................................................................... 
 
181 
Figura 5.34 Micrografia da zona de transição do concreto C40 CP III aos 56 
dias. Aumento 2000x.................................................................... 
 
181 
Figura 5.35 Foto-micrografia da seção fraturada do concreto C40 CP III aos 
7 dias de idade mostrando placas de portlandita.......................... 
 
182 
Figura 5.36 Foto-micrografia da seção fraturada do concreto C30 CP II aos 
28 dias de idade mostrando um cristal de etringita, que se 
apresenta na forma acicular.......................................................... 
 
 
182 
Figura 5.37 Foto-micrografia da zona de transição do concreto C40 CP III 
aos 7 dias de idade. A região A indica o agregado e C3 indica 
C-S-H com estrutura tipo III......................................................... 
 
 
183 
Figura 5.38 Foto-micrografia da zona de transição do concreto C30 CP II 
aos 14 dias de idade. Destaque para a fissura observada na zonade transição................................................................................... 
 
 
183 
Figura 5.39 Resultado da análise de composição química por linescan.......... 185 
Figura 5.40 Densidade aparente (ρa) das argamassas extraídas dos concretos 
da classe C30................................................................................ 
 
185 
Figura 5.41 Densidade aparente (ρa) das argamassas extraídas dos concretos 
da classe C40................................................................................ 
 
186 
Figura 5.42 Densidade da fração sólida (ρs) das argamassas extraídas dos 
concretos da classe C30................................................................ 
 
186 
 
 xvi 
 
 
Figura 5.43 Densidade da fração sólida (ρs) das argamassas extraídas dos 
concretos da classe C40................................................................ 
 
187 
Figura 5.44 Comparativo da densidade da fração sólida (ρs) e da densidade 
aparente (ρa) da argamassa e da densidade aparente dos corpos-
de-prova do traço C30 CP II......................................................... 
 
 
188 
Figura 5.45 Porosidade total das argamassas extraídas dos concretos das 
classes C30 e C40......................................................................... 
 
189 
Figura 5.46 Porosidade aberta das argamassas extraídas dos concretos das 
classes C30 e C40......................................................................... 
 
190 
Figura 5.47 Porosidade fechada das argamassas extraídas dos concretos das 
classes C30 e C40......................................................................... 
 
191 
Figura 5.48 Volume de mercúrio introduzido nas argamassas dos concretos 
analisados das classes C30 e C40 obtidos por meio de ensaios 
de porosimetria de mercúrio......................................................... 
 
 
193 
Figura 5.49 Área total de poros nas argamassas dos concretos analisados 
das classes C30 e C40 obtidos por meio de ensaios de 
porosimetria de mercúrio.............................................................. 
 
 
194 
Figura 5.50 Diâmetro médio dos poros nas argamassas dos concretos 
analisados das classes C30 e C40 obtidos por meio de ensaios 
de porosimetria de mercúrio......................................................... 
 
 
194 
Figura 5.51 Volume total de poros nas argamassas dos concretos analisados 
das classes C30 e C40 obtidos por meio de ensaios de adsorção 
de nitrogênio................................................................................. 
 
 
196 
Figura 5.52 Área superficial dos poros nas argamassas dos concretos 
analisados das classes C30 e C40 obtidos por meio de ensaios 
de adsorção de nitrogênio............................................................. 
 
 
196 
Figura 5.53 Diâmetro médio dos poros nas argamassas dos concretos 
analisados das classes C30 e C40 obtidos por meio de ensaios 
de adsorção de nitrogênio............................................................. 
 
 
197 
Figura A.1 Resultado do ensaio de espectroscopia de difração de raios X 
realizado na argamassa da matriz do concreto C30 CP III aos 3 
dias de idade................................................................................. 
 
 
217 
 
 xvii 
 
 
Figura A.2 Resultado do ensaio de espectroscopia de difração de raios X 
realizado na argamassa da matriz do concreto C30 CP III aos 7 
dias de idade................................................................................. 
 
 
217 
Figura A.3 Resultado do ensaio de espectroscopia de difração de raios X 
realizado na argamassa da matriz do concreto C30 CP III aos 
14 dias de idade............................................................................ 
 
 
218 
Figura A.4 Resultado do ensaio de espectroscopia de difração de raios X 
realizado na argamassa da matriz do concreto C30 CP III aos 
28 dias de idade............................................................................ 
 
 
218 
Figura A.5 Resultado do ensaio de espectroscopia de difração de raios X 
realizado na argamassa da matriz do concreto C30 CP III aos 
56 dias de idade............................................................................ 
 
 
219 
Figura A.6 Resultado do ensaio de espectroscopia de difração de raios X 
realizado na argamassa da matriz do concreto C30 CP III aos 
91 dias de idade............................................................................ 
 
 
219 
Figura A.7 Resultado do ensaio de espectroscopia de difração de raios X 
realizado na argamassa da matriz do concreto C40 CP II aos 3 
dias de idade................................................................................. 
 
 
220 
Figura A.8 Resultado do ensaio de espectroscopia de difração de raios X 
realizado na argamassa da matriz do concreto C40 CP II aos 7 
dias de idade................................................................................. 
 
 
220 
Figura A.9 Resultado do ensaio de espectroscopia de difração de raios X 
realizado na argamassa da matriz do concreto C40 CP II aos 14 
dias de idade................................................................................. 
 
 
221 
Figura A.10 Resultado do ensaio de espectroscopia de difração de raios X 
realizado na argamassa da matriz do concreto C40 CP II aos 28 
dias de idade................................................................................. 
 
 
221 
Figura A.11 Resultado do ensaio de espectroscopia de difração de raios X 
realizado na argamassa da matriz do concreto C40 CP II aos 56 
dias de idade................................................................................. 
 
 
222 
 
 
 
 xviii 
 
 
Figura A.12 Resultado do ensaio de espectroscopia de difração de raios X 
realizado na argamassa da matriz do concreto C40 CP II aos 91 
dias de idade................................................................................. 
 
 
222 
Figura A.13 Resultado do ensaio de espectroscopia de difração de raios X 
realizado na argamassa da matriz do concreto C40 CP III aos 3 
dias de idade................................................................................. 
 
 
223 
Figura A.14 Resultado do ensaio de espectroscopia de difração de raios X 
realizado na argamassa da matriz do concreto C40 CP III aos 7 
dias de idade................................................................................. 
 
 
223 
Figura A.15 Resultado do ensaio de espectroscopia de difração de raios X 
realizado na argamassa da matriz do concreto C40 CP III aos 
14 dias de idade............................................................................ 
 
 
224 
Figura A.16 Resultado do ensaio de espectroscopia de difração de raios X 
realizado na argamassa da matriz do concreto C40 CP III aos 
28 dias de idade............................................................................ 
 
 
224 
Figura A.17 Resultado do ensaio de espectroscopia de difração de raios X 
realizado na argamassa da matriz do concreto C40 CP III aos 
56 dias de idade............................................................................ 
 
 
225 
Figura A.18 Resultado do ensaio de espectroscopia de difração de raios X 
realizado na argamassa da matriz do concreto C40 CP III aos 
91 dias de idade............................................................................ 
 
 
225 
Figura B.1 Resultado dos ensaios de análises térmicas realizados na 
argamassa da matriz do concreto C30 CP II aos 3 dias de idade. 
 
227 
Figura B.2 Resultado dos ensaios de análises térmicas realizados na 
argamassa da matriz do concreto C30 CP II aos 7 dias de idade. 
 
227 
Figura B.3 Resultado dos ensaios de análises térmicas realizados na 
argamassa da matriz do concreto C30 CP II aos 14 dias de 
idade..............................................................................................228 
Figura B.4 Resultado dos ensaios de análises térmicas realizados na 
argamassa da matriz do concreto C30 CP II aos 28 dias de 
idade.............................................................................................. 
 
 
228 
 
 
 xix 
 
 
Figura B.5 Resultado dos ensaios de análises térmicas realizados na 
argamassa da matriz do concreto C30 CP II aos 56 dias de 
idade............................................................................................. 
 
 
229 
Figura B.6 Resultado dos ensaios de análises térmicas realizados na 
argamassa da matriz do concreto C30 CP II aos 91 dias de 
idade.............................................................................................. 
 
 
229 
Figura B.7 Resultado dos ensaios de análises térmicas realizados na 
argamassa da matriz do concreto C30 CP III aos 3 dias de 
idade.............................................................................................. 
 
 
230 
Figura B.8 Resultado dos ensaios de análises térmicas realizados na 
argamassa da matriz do concreto C30 CP III aos 7 dias de 
idade.............................................................................................. 
 
 
230 
Figura B.9 Resultado dos ensaios de análises térmicas realizados na 
argamassa da matriz do concreto C30 CP III aos 14 dias de 
idade.............................................................................................. 
 
 
231 
Figura B.10 Resultado dos ensaios de análises térmicas realizados na 
argamassa da matriz do concreto C30 CP III aos 28 dias de 
idade.............................................................................................. 
 
 
231 
Figura B.11 Resultado dos ensaios de análises térmicas realizados na 
argamassa da matriz do concreto C30 CP III aos 56 dias de 
idade............................................................................................. 
 
 
232 
Figura B.12 Resultado dos ensaios de análises térmicas realizados na 
argamassa da matriz do concreto C30 CP III aos 91 dias de 
idade.............................................................................................. 
 
 
232 
Figura B.13 Resultado dos ensaios de análises térmicas realizados na 
argamassa da matriz do concreto C40 CP II aos 3 dias de idade. 
 
233 
Figura B.14 Resultado dos ensaios de análises térmicas realizados na 
argamassa da matriz do concreto C40 CP II aos 7 dias de idade. 
 
233 
Figura B.15 Resultado dos ensaios de análises térmicas realizados na 
argamassa da matriz do concreto C40 CP II aos 14 dias de 
idade.............................................................................................. 
 
 
234 
 
 
 xx 
 
 
Figura B.16 Resultado dos ensaios de análises térmicas realizados na 
argamassa da matriz do concreto C40 CP II aos 28 dias de 
idade.............................................................................................. 
 
 
234 
Figura B.17 Resultado dos ensaios de análises térmicas realizados na 
argamassa da matriz do concreto C40 CP II aos 56 dias de 
idade............................................................................................. 
 
 
235 
Figura B.18 Resultado dos ensaios de análises térmicas realizados na 
argamassa da matriz do concreto C40 CP II aos 91 dias de 
idade.............................................................................................. 
 
 
235 
Figura B.19 Resultado dos ensaios de análises térmicas realizados na 
argamassa da matriz do concreto C40 CP III aos 3 dias de 
idade.............................................................................................. 
 
 
236 
Figura B.20 Resultado dos ensaios de análises térmicas realizados na 
argamassa da matriz do concreto C40 CP III aos 7 dias de 
idade.............................................................................................. 
 
 
236 
Figura B.21 Resultado dos ensaios de análises térmicas realizados na 
argamassa da matriz do concreto C40 CP III aos 14 dias de 
idade.............................................................................................. 
 
 
237 
Figura B.22 Resultado dos ensaios de análises térmicas realizados na 
argamassa da matriz do concreto C40 CP III aos 28 dias de 
idade.............................................................................................. 
 
 
237 
Figura B.23 Resultado dos ensaios de análises térmicas realizados na 
argamassa da matriz do concreto C40 CP III aos 56 dias de 
idade............................................................................................. 
 
 
238 
Figura B.24 Resultado dos ensaios de análises térmicas realizados na 
argamassa da matriz do concreto C40 CP III aos 91 dias de 
idade.............................................................................................. 
 
 
238 
 
 
 
 
 
 
 xxi 
 
 
LISTA DE TABELAS 
 
Tabela 1.1 Cimentos compostos - Tendências Mundiais................................... 1 
Tabela 1.2 Resistência à compressão dos concretos mais utilizados em 
diversas cidades brasileiras............................................................. 3 
Tabela 2.1 Classificação dos silicatos quanto à estrutura cristalográfica......... 16 
Tabela 2.2 Minerais do grupo dos feldspatos.................................................... 17 
Tabela 2.3 Composição mineralógica de agregados largamente utilizados na 
região de Minas Gerais. Ensaios de difratometria de raios X 
executados nos laboratórios do Centro de Desenvolvimento de 
Tecnologia Nuclear (CDTN)........................................................... 
 
 
 
19 
Tabela 2.4 Fórmulas químicas dos minerais identificados nos agregados 
apresentados na Tabela 2.3............................................................. 
 
19 
Tabela 2.5 Classificação comercial dos agregados graúdos, módulo de finura 
e dimensão máxima característica das britas provenientes de 
gnaisses e calcários calcíticos utilizadas freqüentemente em Belo 
Horizonte......................................................................................... 
 
 
 
21 
Tabela 2.6 Classificação da forma de partículas da BS 812:Parte 1:1990....... 21 
Tabela 2.7 Textura Superficial dos Agregados (BS 812:Parte 1:1990)............ 22 
Tabela 2.8 Classificação dos agregados em função de sua massa específica 
aparente........................................................................................... 
 
23 
Tabela 2.9 Reatividade de alguns minerais com os álcalis do cimento 
Portland........................................................................................... 
 
28 
Tabela 2.10 Principais reações na fabricação do clínquer.................................. 39 
Tabela 2.11 Composição mineralógica do clínquer de cimento Portland........... 41 
Tabela 2.12 Composição química do clínquer de cimento Portland................... 42 
Tabela 2.13 Características dos principais fases constituintes do cimento 
Portland........................................................................................... 43 
Tabela 2.14 Constituição dos cimentos Portland normatizados no Brasil.......... 55 
Tabela 2.15 Nomenclatura do cimento Portland segundo a ABNT.................... 56 
Tabela 2.16 Características especificas segundo a ABNT.................................. 57 
Tabela 2.17 Nomenclatura do cimento Portland segundo a ASTM.................... 58 
 
 xxii 
 
 
Tabela 2.18 Características do cimento Portland segundo a ASTM................... 58 
Tabela 3.1 Classes de agressividade ambiental apresentada............................. 75 
Tabela 3.2 Correspondência entre classe de agressividade e qualidade do 
concreto........................................................................................... 
 
75 
Tabela 3.3 Resumo dos traços utilizados..........................................................76 
Tabela 3.4 Normas técnicas da ABNT usadas para a caracterização dos 
agregados......................................................................................... 77 
Tabela 3.5 Normas técnicas da ABNT usadas para a caracterização dos 
aglomerantes.................................................................................... 78 
Tabela 3.6 Normas técnicas da ABNT usadas para a caracterização do 
concreto........................................................................................... 79 
Tabela 3.7 Metodologias analíticas utilizadas na caracterização das amostras 
dos agregados.................................................................................. 
 
84 
Tabela 4.1 Análise química do agregado graúdo.............................................. 115
Tabela 4.2 Composição mineralógica do agregado graúdo determinada a 
partir de ensaios de difratometria de raios X................................... 
 
117
Tabela 4.3 Análise química do agregado miúdo............................................... 123
Tabela 4.4 Composição mineralógica do agregado miúdo determinada a 
partir de ensaios de difratometria de raios X................................... 
 
125
Tabela 4.5 Dosagens utilizadas na fabricação dos cimentos............................. 129
Tabela 4.6 Análise química do clínquer Portland............................................. 130
Tabela 4.7 Principais fases constituintes do clínquer Portland......................... 131
Tabela 4.8 Composição mineralógica do clínquer Portland determinada a 
partir de ensaios de difratometria de raios X................................... 
 
132
Tabela 4.9 Análise química do gesso................................................................ 133
Tabela 4.10 Composição mineralógica do gesso determinada a partir de 
ensaios de difratometria de raios X................................................. 
 
134
Tabela 4.11 Análise química do calcário............................................................ 135
Tabela 4.12 Composição mineralógica do calcário determinada a partir de 
ensaios de difratometria de raios X................................................. 
 
135
Tabela 4.13 Análise química da escória tipo 1................................................... 
 
137
 
 xxiii 
 
 
Tabela 4.14 Composição mineralógica da escória tipo 1 determinada a partir 
de ensaios de difratometria de raios X............................................ 
 
138
Tabela 4.15 Análise química da escória tipo 2................................................... 139
Tabela 4.16 Composição mineralógica da escória tipo 2 determinada a partir 
de ensaios de difratometria de raios X............................................ 
 
140
Tabela 4.17 Análise química do cimento Portland CP II E 32-Traço C30CP II 142
Tabela 4.18 Análise química do cimento Portland CP III 32-Traço C30CP III. 142
Tabela 4.19 Análise química do cimento Portland CP II E 32-Traço C40CP II 142
Tabela 4.20 Análise química do cimento Portland CP III 32-Traço C40CP III. 143
Tabela 4.21 Teores de CaO livre obtidos segundo a NBR NM 12:2004............ 143
Tabela 4.22 Composição mineralógica dos cimentos determinada a partir de 
ensaios de difratometria de raios X................................................. 
 
146
Tabela 4.23 Análises físicas dos cimentos CP II E 32........................................ 146
Tabela 4.24 Análises físicas dos cimentos CP III 32.......................................... 146
Tabela 4.25 Resistência à compressão segundo a NBR 7215:1996.................... 147
Tabela 4.26 Caracterização do aditivo................................................................ 148
Tabela 4.27 Resumo dos traços dos concretos utilizados................................... 148
Tabela 5.1 Resultados do ensaio de consistência do concreto no estado 
fresco............................................................................................... 
 
150
Tabela 5.2 Resultados do ensaio de resistência à compressão do 
concreto........................................................................................... 
 
151
Tabela 5.3 Resultados dos ensaios para obtenção do módulo de elasticidade 
estático secante................................................................................ 
 
156
Tabela 5.4 Resultados dos ensaios de permeabilidade à água.......................... 164
Tabela 5.5 Densidade aparente média dos corpos-de-prova de concreto 10 x 
20..................................................................................................... 
 
166
Tabela 5.6 Fases mineralógicas identificadas em amostras de argamassas 
retiradas das matrizes dos concretos ensaiados............................... 
 
169
Tabela 5.7 Densidades das argamassas dos concretos obtidas por meio de 
ensaios de picnometria com hélio e mercúrio................................. 
 
186
Tabela 5.8 Porosidade total nas argamassas dos concretos analisados............. 
 
189
 
 xxiv 
 
 
Tabela 5.9 Percentual de poros abertos nas argamassas dos concretos 
analisados........................................................................................ 
 
190
Tabela 5.10 Percentual de poros fechados nas argamassas dos concretos 
analisados........................................................................................ 
 
191
Tabela 5.11 Volume total de mercúrio introduzido nas argamassas dos 
concretos analisados obtidos por meio de ensaios de porosimetria 
de mercúrio...................................................................................... 
 
 
192
Tabela 5.12 Área total de poros nas argamassas dos concretos analisados 
obtidos por meio de ensaios de porosimetria de mercúrio.............. 
 
193
Tabela 5.13 Diâmetro médio dos poros nas argamassas dos concretos 
analisados obtidos por meio de ensaios de porosimetria de 
mercúrio.......................................................................................... 
 
 
193
Tabela 5.14 Variação volume total dos poros em função da idade dos 
concretos analisados obtido por meio de ensaios de adsorção de 
nitrogênio........................................................................................ 
 
 
195
Tabela 5.15 Multipoint BET. Variação da área superficial dos poros em 
função da idade dos concretos analisados....................................... 
 
195
Tabela 5.16 Variação do diâmetro médio dos poros em função da idade dos 
concretos analisados obtido por meio de ensaios de adsorção de 
nitrogênio........................................................................................ 
 
 
195
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 xxv 
 
 
LISTA DE SÍMBOLOS 
 
μm Micrometro 
α Ângulo de contato do mercúrio com o sólido 
θ Ângulo incidente 
λ0 Limite mais baixo do comprimento de onda da radiação 
λ Comprimento de onda 
ΔP Pressão aplicada 
ΔT Diferença de temperatura 
ν0 Máxima freqüência de radiação 
ν Radiação de freqüência 
γ Tensão superficial do mercúrio (485 x 10-7 MPa) 
A Área 
Å Angstrom 
a/c Relação água/cimento 
a/g Relação água/aglomerante 
Al Alumínio 
Ap Apatita 
Apa Área projetada da molécula do adsorvato 
ASE / S Área superficial específica 
Au Ouro 
Ba Bário 
b Porcentagem da pasta de cimento na mistura dos traços de concreto 
BET Adsorção de nitrogênio 
Bi Biotita 
Bi/Cl Palhetas cloritizadas de biotita 
BSE Elétrons retroespalhados 
C Carbono; Constante de interação entre adsorvente e adsorvato (eq. 3.4) 
c Velocidade da luz 
Ca Cálcio 
CA Concreto armado 
 
 xxvi 
 
 
 
 
CDTN Centro de Desenvolvimento de Tecnologia Nuclear 
CP Concreto protendido 
Cr Cromo 
Cu Cobre 
d Distância entre os planos cristalográficos 
D Diâmetro médio dos poros 
Dmáx Dimensão máxima característica do agregado 
DRX Difração de raios X 
DSC Análise calorimétrica diferencial 
DTA Análise térmica diferencialDTG Termogravimetria derivativa 
DTP Distribuição de tamanho de partículas 
E0 Energia do estado mais baixo 
E1 Energia do estado mais alto 
EAF Escória de alto-forno 
Ecj Módulo de elasticidade do concreto na idade de j dias 
Ecs Módulo de elasticidade estático secante 
EDAX Análise por espectrometria de raios X dispersiva em energia 
EDS Espectrometria de raios X dispersiva em energia 
EDTA Ácido etilenodiaminotetra acético sal disódico 
fc Resistência característica à compressão do concreto 
fcj Resistência à compressão do concreto na idade de j dias 
Fe Ferro 
Fd/Qz Quartzo-feldspática 
FRX Fluorescência de raios X 
FT-IR Espectroscopia na região do Infravermelho por Transformada de Fourier
g1 e g2 Leituras realizadas no micrômetro do aparelho de medição da 
permeabilidade do corpo-de-prova à medida que o manômetro registra 
uma perda de carga em um tempo t cronometrado. 
GWT Germanns Waterpermeability Test 
 
 xxvii 
 
 
 
H Hidrogênio 
h Constante de Planck 
He Hélio 
Hg Mercúrio 
i Intercepto da reta 
ICDD International center for diffraction data 
K Potássio 
Kp Coeficiente de permeabilidade 
M Massa molecular 
MEV Microscopia Eletrônica de Varredura 
Mg Magnésio 
Mi Microclina 
MPI Porosimetria por Intrusão de Mercúrio 
Mn Manganês 
N Número de Avogadro (6,023 x 1023 moléculas/mol) 
Na Sodio 
Ni Níquel 
P Fósforo 
P Pressão hidrostática (eq. 3.8); Pressão (eq. 3.4) 
Pa Pascal 
PA Porosidade aberta 
PF Porosidade fechada 
PPC Perda por calcinação 
Pl Plagioclásio 
Pt Platina 
PT Porosidade total 
q Energia fornecida ao sistema 
q Fluxo médio de água (eq. 3.1); (eq. 3.2); (eq. 5.6) 
Qz Quartzo 
R Raio mínimo penetrado pelo mercúrio 
S Enxofre 
 
 xxviii 
 
 
eV .
 
S Inclinação da reta 
s Coeficiente de crescimento da resistência em função do tipo de cimento 
(eq. 5.1); (eq. 5.2) 
SE Elétrons secundários 
Si Silício 
St Área superficial total 
t Idade do concreto em dias 
t Tempo (eq. 3.1) 
TC Termopar 
TD Análise dilatométrica 
TGA Análise Termogravimétrica 
Ti Titânio 
Tr Temperatura do material de referência 
Ts Temperatura da amostra 
V Volume 
 Energia cinética de todos os elétrons no feixe 
W Peso do gás adsorvido na pressão relativa Po 
Wa Peso da amostra 
Wm 
Peso do gás absorvido ao se constituir uma superfície coberta por uma 
monocamada 
WDS Wavelength Dispersive Spectrometer 
Z Número atômico 
Zr Zircônio 
ZTI Zona de Transição Interfacial 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 xxix 
 
 
RESUMO 
 
 
A preocupação mundial com o desenvolvimento sustentável tem imposto restrições ao 
uso de matérias-primas não renováveis e a emissão de gases na atmosfera. Alinhada a 
essas necessidades a indústria do cimento no Brasil propôs, nos últimos anos, mudanças 
nas composições de seus produtos. Essas mudanças permitiram o aumento no teor das 
adições minerais usuais tais como a de escórias de alto-forno. Essas alterações nos 
cimentos por sua vez provocam mudanças significativas na cinética das reações de 
hidratação e na microestrutura do concreto e por conseqüência alterações no 
comportamento e na durabilidade das estruturas de concreto armado. O presente 
trabalho pretende caracterizar e analisar a macro e microestrutura de concretos dosados 
com cimentos Portland contendo adições de escórias de alto-forno. Concretos das 
classes de resistência à compressão de 30 MPa e 40 MPa dosados com os cimentos CP 
II E 32 e CP III 32 foram fabricados e avaliados. A análise da microestrutura foi feita 
em diferentes idades durante o período de hidratação do cimento, através de ensaios de 
difração de raios X, análises térmicas, microscopia eletrônica de varredura, 
picnometrias, porosimetria de mercúrio e adsorção de nitrogênio. O módulo de 
deformação estático secante, a resistência à compressão e a permeabilidade à água, 
realizados em datas coincidentes com os ensaios da microestrutura, foram as 
propriedades avaliadas para verificação do comportamento mecânico e da durabilidade 
do concreto. Os resultados obtidos descreveram quantitativamente as propriedades 
macroestruturais e qualitativamente as propriedades microestruturais mostrando as 
potencialidades e limitações das técnicas utilizadas. Espera-se, com este trabalho, 
disponibilizar uma base consistente de resultados macro e microestruturais do concreto 
de modo a auxiliar novas pesquisas ligadas à evolução do material na linha do tempo. 
Acredita-se que o desenvolvimento de pesquisas sobre a microestrutura do concreto 
culminará em ganhos econômicos e de desempenho do material. 
 
 
 
 
 
xxx 
 
 
 
ABSTRACT 
 
 
The worldwide concern with the sustainable development has placed restrictions on the 
use of raw materials and on gas emissions in the atmosphere. In this scenario, the 
Brazilian cement industry has made significant changes in Portland cement 
compositions. These changes include the increasing proportions of mineral additions 
such as blast-furnace slag. These alterations in the cements promote significant changes 
in the kinetics of the hydration process and in the microstructure of the concrete which 
in turn generate changes on the behavior and durability of the reinforced concrete 
structures. The goal of the thesis is the characterization and analyses of the 
microstructure of the concretes cast with blast-furnace slag Portland cements with the 
durability and the mechanical properties of the material. Concretes with axial 
compressive strength of 30 and 40 MPa produced with the Brazilian type CP II E 32 
and CP III 32 were cast and investigated. The microstructure analysis, made at different 
times during the cement hydration process period, includes X-rays diffraction, thermal 
analyses, scanning electron microscopy, mercury and helium picnometry, mercury 
porosimetry and nitrogen adsorption. The axial compressive strength, the secant 
modulus of elasticity, and water permeability, accomplished in coincident dates with the 
microstructure analyses, were the properties employed to appraise the mechanical 
behavior and durability of the concrete. The test results described herein evaluated 
quantitatively the macrostructure behavior and qualitatively the microstructure 
properties pointing out the potentialities and limitations of the used techniques. These 
macro and microstructure concrete results may contribute to aid future research 
concerning with the material behavior with respect to time. A better understanding of 
concrete microstructure will certainly promote economical gains and the performance of 
the material. 
 
 
 
1 
 
INTRODUÇÃO 
 
 
A preocupação mundial com o desenvolvimento sustentável tem imposto restrições ao 
uso de matérias-primas não renováveis. Este fato tem reflexo importante nas estruturas 
de concreto visto que o cimento é composto de materiais não renováveis e que sua 
produção consume níveis elevados de energia. Segundo dados divulgados no SINTEF 
REPORT TO WBGSP (2003) convive-se com uma demanda global de concreto da 
ordem de 12 bilhões de toneladas por ano. Para atender essa demanda são necessárias 
cerca de 1,7 bilhões de toneladas de cimento que, para serem fabricados, necessitam de 
7 bilhões de Giga Joules de energia sendo responsáveis pela emissão de 7% do dióxido 
de carbono produzido mundialmente. 
 
Essas necessidades do mundo têm levado primeiramente à produção e ao uso mais 
racional do concreto que passa pela incorporação de materiais alternativos na fabricação 
do cimento conforme indicado na Tabela 1.1. 
 
Tabela 1.1 - Cimentos compostos - Tendências Mundiais. 
Fonte: SINTEF REPORT TO WBGSP (2003) 
 2002 
Milhões de Toneladas
2020 
Milhões de Toneladas
Clínquer Portland 1460 1700 
Adições minerais 240 950 
Produção de cimento 1700 2650 
% de clínquer 0,86 0,64 
 2
A indústria do cimento no Brasil propôs, nos últimos anos, mudanças nas composições 
dos cimentos. Essas mudanças incluemalterações no teor das adições minerais usuais 
(escória de alto-forno, pozolana, sílica ativa) bem como a inclusão de novas adições 
como, por exemplo, o metacaulim. Essas alterações nos cimentos por sua vez provocam 
mudanças significativas na cinética das reações de hidratação e na microestrutura do 
concreto e, por conseqüência, alterações no comportamento e na durabilidade das 
estruturas de concreto armado. 
 
O aumento da durabilidade (vida útil) das estruturas de concreto é outro ponto de grande 
impacto quando trata-se de desenvolvimento sustentável. Essa consciência vêm 
motivando alterações normativas com destaque para os procedimentos estabelecidos 
pela NBR 6118:2003 - Projetos de Estruturas de Concreto. Essa postura normativa 
destaca os aspectos de durabilidade do concreto e especifica valores mínimos de 
resistência à compressão e máximos para a relação água/aglomerante com base nas 
condições climáticas de exposição da estrutura e da agressividade do meio no qual ela 
se encontra, conforme indicado nas Tabelas 3.1 e 3.2. 
 
Os agentes de deterioração podem exercer suas ações diretamente sobre o concreto e 
sobre a armadura. Os mecanismos preponderantes de deterioração relativos ao concreto 
são a lixiviação, o ataque de sulfatos e a reação álcali-agregado; a conseqüência destes 
mecanismos é a expansão do concreto com perda de resistência. Para a armadura, o 
mecanismo principal é a sua despassivação causada ou pela carbonatação ou pelo ataque 
de cloretos, gerando a corrosão do aço com perda de seção útil das barras e de 
resistência. 
 
Os fatores intervenientes nos processos de deterioração do concreto são a agressividade 
do meio ambiente, a presença de água, o tamanho médio e a interconectividade dos 
poros nas camadas de cobrimento do concreto bem como a reserva alcalina do concreto 
(teor de hidróxidos disponíveis nos poros). Esses dois últimos fatores da microestrutura 
do concreto são dependentes da relação água/aglomerante, da composição química e do 
grau de hidratação do cimento bem como do teor de adições. Portanto a durabilidade 
das estruturas de concreto depende basicamente das propriedades de sua microestrutura. 
 3
Por meio da pesquisa efetuada pela ABESC - Associação Brasileira de Empresas de 
Serviços de Concretagem pode-se ter uma boa noção das classes de resistência mais 
utilizadas nas cidades brasileiras. Os resultados são mostrados na Tabela 1.2. 
 
Tabela 1.2 - Resistência à compressão dos concretos mais utilizados em diversas 
cidades brasileiras. 
Fonte: ABESC (2006) 
Cidades >30 25 a 30 15 a 25 <15 
Belo Horizonte 3,44% 33,20% 54,87% 8,49% 
Brasília 9,99% 51,37% 37,30% 1,35% 
Campinas 11,60% 29,09% 57,53% 1,78% 
Curitiba 13,61% 34,42% 50,02% 1,95% 
Florianópolis 12,08% 45,57% 41,22% 1,13% 
Fortaleza 44,14% 41,92% 12,15% 1,81% 
Goiânia 13,54% 46,93% 35,65% 3,88% 
Porto Alegre 9,56% 45,40% 41,68% 3,36% 
Recife 44,68% 37,58% 11,59% 6,15% 
Ribeirão Preto 3,05% 25,79% 67,61% 3,55% 
Rio de Janeiro 21,32% 55,40% 18,85% 4,43% 
Salvador 15,77% 48,22% 31,68% 4,32% 
São Paulo 19,19% 55,12% 23,38% 2,31% 
Vitória 25,65% 51,11% 18,90% 4,34% 
 
 
Observa-se que, em média, 82,3% de todo concreto utilizado no Brasil, por empresas de 
serviços de concretagem, apresenta resistência à compressão inferior a 30 MPa e apenas 
17,7% se enquadram no intervalo acima de 30 MPa. Apesar do percentual de concretos 
de resistência mais elevada ainda ser baixo, verifica-se uma tendência significativa de 
aumento, se comparado com os dados de 2002, onde apenas 6,6% dos concretos se 
encontravam na faixa acima de 30 MPa (ABESC, 2002). As mudanças verificadas no 
padrão de consumo se devem seguramente às exigências normativas associadas à 
durabilidade das estruturas. 
 4
 
1.1 Justificativa 
 
A Ciência e Engenharia de Materiais têm contribuído de maneira crescente não só com 
o desenvolvimento de novos materiais, mas também com o estudo e aprimoramento de 
tantos outros que já fazem parte de nossas aplicações tecnológicas. Através do controle 
da estrutura físico-química e do processamento de um material, pode-se garantir as 
propriedades necessárias à obtenção do desempenho necessário para uma determinada 
aplicação. 
 
Apesar de ser uma das maiores consumidoras mundiais de materiais processados, a 
indústria da construção civil pouco tem usufruído dos avanços tecnológicos oriundos da 
Ciência e Engenharia de Materiais. Isso se deve, principalmente, ao fato daquela 
trabalhar com materiais de baixo valor agregado gerados a partir de matérias-primas 
muito heterogêneas. O efeito escala e o alto custo da recuperação estrutural de estruturas 
precocemente deterioradas, entretanto, é justificativa mais que suficiente para um 
avanço na qualidade das pesquisas ligadas a esses materiais. 
 
Dentre os materiais utilizados com fins estruturais na construção civil, o concreto 
armado é sem dúvida o material mais empregado. O desempenho das estruturas de 
concreto armado depende, entretanto, tanto da qualidade obtida na fase de concepção 
estrutural quanto na de execução propriamente dita. Os avanços obtidos na Engenharia 
de Estruturas com o emprego maciço de ferramentas computacionais têm permitido aos 
engenheiros projetar estruturas tanto mais esbeltas quanto com maior arrojo 
arquitetônico, fato este favorecido pela facilidade de adequação plástica associada ao 
material, trazendo ganhos funcionais e econômicos ao processo. Os construtores, por 
sua vez, visando otimizar a execução da obra, buscam constantemente o melhor 
aproveitamento de seus recursos, assim como a redução dos prazos estabelecidos. Isso 
vem fazendo com que as estruturas sejam submetidas a carregamentos cada vez maiores 
em idades cada vez menores. Esse novo cenário traz para o mesmo patamar de 
importância, ao lado das já consagradas questões envolvendo a resistência e a 
 5
durabilidade do concreto, a necessidade de um estudo mais criterioso acerca de seu 
Módulo de Deformação. 
 
Estabelecer padrões que garantam o desempenho estrutural do concreto no que diz 
respeito às suas propriedades mecânicas e à sua durabilidade, não é, de modo algum, 
tarefa fácil. METHA e MONTEIRO (1994) chamam a atenção para a distribuição 
heterogênea de muitos componentes sólidos no mesmo, assim como vazios de várias 
formas e tamanhos que podem estar completa ou parcialmente cheios de solução 
alcalina, parâmetros esses que afetam diretamente nas propriedades do concreto. A 
pasta de cimento e a zona de transição entre o agregado e a pasta de cimento também se 
modificam com o tempo, em decorrência da hidratação do cimento, o que torna ainda 
mais complexa a análise. Por fim, a heterogeneidade dos materiais empregados e as 
dificuldades de manter uma uniformidade de processamento da mistura, fato este 
agravado quando o mesmo é manufaturado no canteiro de obras, dificulta ainda mais o 
controle na formação de sua estrutura físico-química. 
 
Segundo RIGO (1998), os esforços feitos para entender o concreto esbarram em 
problemas importantes como, por exemplo, a dificuldade de definir parâmetros 
microestruturais, aplicar a topologia e a estereologia, identificar e quantificar as fases, 
definir os tipos de ensaios que fornecem informações relevantes para um determinado 
problema, escolher amostras representativas do concreto, entre outros. Diante dessas 
questões faz-se necessário limitar o número de variáveis a serem analisadas, de modo a 
se controlar a complexidade do problema, ao mesmo tempo em que se busca obter uma 
metodologia baseada em experimentos que forneçam indicadores significativos 
presentes no material que permitam de algum modo contribuir para a melhoria da 
propriedade em estudo. 
 
Nas últimas décadas, o apelo dado à reciclagem dos resíduos industriais encontrou no 
cimento Portland, aglomerante utilizado na quase totalidade dos concretos empregados 
na construção civil, um vastocampo de desenvolvimento, fazendo com que este 
sofresse profundas alterações em sua composição. Revisões nas normas ABNT 
pertinentes à fabricação de cimentos Portland, passaram a permitir, dentro de certas 
 6
faixas percentuais, diversas adições minerais provenientes do beneficiamento de 
resíduos que a princípio eram fonte de degradação ambiental. Tais adições deram 
origem a uma série de pesquisas visando determinar o impacto destas nas propriedades 
do concreto. 
 
1.2 Objetivo 
 
O presente trabalho pretende caracterizar e analisar a macro e microestrutura de 
concretos dosados com cimentos Portland contendo adições de escórias de alto-forno. O 
grande número de estruturas de concreto em deterioração associado às recentes e 
significativas alterações feitas na composição dos cimentos são fatos que demonstram a 
necessidade do estudo. 
 
Concretos das classes de resistência à compressão de 30 MPa e 40 MPa dosados com os 
cimentos CP II E 32 e CP III 32 foram fabricados e avaliados. A análise da 
microestrutura foi feita em diferentes idades durante o período de hidratação do 
cimento, através de ensaios de difração de raios X, análises térmicas, microscopia 
eletrônica de varredura, picnometrias, porosimetria de mercúrio e adsorção de 
nitrogênio. O módulo de deformação estático secante, a resistência à compressão e a 
permeabilidade à água, realizados em datas coincidentes com os ensaios da 
microestrutura, foram as propriedades avaliadas para verificação do comportamento 
mecânico e da durabilidade do concreto. 
 
Buscou-se gerar uma base consistente de dados contendo informações obtidas a partir 
de um planejamento amostral que privilegiou o acompanhamento da evolução da 
microestrutura do concreto ao longo do tempo. O presente trabalho servirá como fonte 
comparativa de dados, assim como parâmetro capaz de auxiliar na escolha das técnicas 
a utilizar em pesquisas futuras. 
 
Espera-se também que os resultados obtidos auxiliem os fabricantes de cimentos a 
melhorarem a qualidade de seus produtos e os projetistas a escolherem concretos que 
garantam um melhor desempenho estrutural. 
 7
1.3 Estrutura do Trabalho 
 
Este trabalho encontra-se estruturado em seis capítulos, sendo complementado pelas 
referências bibliográficas e por dois anexos conforme descrito a seguir. 
 
No capítulo 2 é feita uma revisão bibliográfica, onde se procura dar uma visão geral dos 
tópicos de maior relevância desse trabalho. Inicia-se descrevendo a correlação entre 
variáveis microscópicas e macroscópicas do concreto. Em um segundo momento são 
apresentadas as principais características de seus materiais constituintes. Nessa etapa 
são analisadas as características mais relevantes dos agregados e dos cimentos Portland. 
Comentários particulares são feitos sobre a zona de transição entre o agregado e a pasta 
de cimento. Finalizando o capítulo, mostra-se o efeito da adição de escória de alto-forno 
nas propriedades e na sua microestrutura do concreto. 
 
No capítulo 3 é apresentada uma metodologia para caracterização e análise das 
propriedades de concretos e de seus materiais constituintes. Nesse capítulo são descritos 
os tipos de ensaios utilizados e as respectivas técnicas de coleta e preparo de amostras. 
 
No capítulo 4 é feita uma caracterização e análise criteriosa dos materiais constituintes 
dos concretos de modo a facilitar a interpretação das diferenças encontradas nas 
propriedades dos concretos analisados nesse trabalho. 
 
No capítulo 5 é feita a caracterização e análise dos concretos fabricados com cimentos 
contendo adições diferenciadas de escórias de alto-forno. Nesse capítulo são 
apresentados e discutidos todos os resultados experimentais feitos para avaliar a micro e 
a macroestrutura dos concretos buscando-se, sempre que possível, correlações entre 
esses dois níveis de escala analisados. 
 
O capítulo 6 apresentada as conclusões desse trabalho sendo sucedido pelas referências 
bibliográficas do mesmo. 
 
 8
No anexo A são apresentados os difratogramas de raios X obtidos e no anexo B são 
apresentados os resultados das análises térmicas realizadas. 
 
 
 
 
2 
 
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 
 
 
O uso de materiais cimentícios adicionais devido a considerações econômicas, técnicas 
e ambientais tem se tornado muito comum nas construções modernas em concreto. O 
aumento da demanda por cimento e concreto é acompanhado pela substituição parcial 
do cimento Portland por uma série de materiais tais como a sílica ativa, a cinza volante, 
a escória de alto-forno e o metacaulim dentre outros. 
 
A presença dessas misturas minerais no concreto leva a alterações significativas nas 
suas propriedades mecânicas e na sua durabilidade, que podem ser melhor interpretadas 
pela análise da microestrutura gerada. 
 
2.1 A Correlação Entre Variáveis Microscópicas e Macroscópicas do 
Concreto 
 
No documento “Terminology Relating to Concrete and Concrete Aggregates” (ASTM 
C 125) o concreto é definido como um material compósito que consiste essencialmente 
de um meio ligante no qual estão imersas partículas ou fragmentos de agregado. 
Entende-se, neste trabalho, a não ser que seja dito expressamente o contrário, concreto 
como uma mistura de cimento Portland, água, agregados (miúdos e graúdos) e aditivos. 
 
Em escala microscópica o concreto é um material compósito constituído por três fases: 
uma matriz de pasta de cimento, agregados e uma zona de transição interfacial (ZTI) 
10 
entre as duas. A ZTI possui tipicamente uma espessura entre 10 e 50 μm. Sua 
morfologia, composição, densidade e outras características diferem daquelas da matriz. 
 
A análise da correlação entre variáveis macroscópicas e microscópicas do concreto 
dentro da abordagem da Ciência e Engenharia de Materiais conforme mostrado na 
Figura 2.1, favorece a ordenação de parâmetros que influenciam uma determinada 
propriedade ou característica de desempenho. 
 
 
Propriedades 
 
 Estrutura Desempenho 
 
 
Processamento 
 
 
Figura 2.1 - Ciclo de correlações entre parâmetros de processamento, estrutura, 
propriedades e desempenho. 
 
 
2.1.1 Aspectos Relacionados com o Processamento do Concreto: 
 
a) Seleção de materiais: 
- Cimento Portland; 
- Agregados; 
- Aditivos; 
- Água. 
 
b) Definição do traço da mistura; 
 
c) Transporte; 
 
d) Lançamento; 
 
e) Adensamento; 
 
f) Cura. 
11 
2.1.2 Aspectos Relacionados com a Estrutura do Concreto: 
 
a) Estrutura de poros: 
- Tamanho; 
- Quantidade; 
- Distribuição; 
- Conectividade; 
- Forma. 
 
b) Distribuição e tamanho de microfissuras. 
 
c) Morfologia e fração volumétrica das fases; 
- Composição química; 
- Grau de hidratação; 
- Fases provenientes de processos de deterioração. 
 
d) Zona de transição: 
- Ligações (químicas, mecânicas); 
- Resistência mecânica; 
- Presença de vazios. 
 
2.1.3 Aspectos Relacionados com as Propriedades do Concreto: 
 
a) Resistência mecânica: 
- Resistência à compressão; 
- Resistência à tração; 
- Resistência ao cisalhamento; 
- Resistência ao estado múltiplo de tensões; 
- Comportamento sob cargas dinâmicas ou cíclicas. 
 
b) Estabilidade dimensional: 
- Módulo de elasticidade; 
- Coeficiente de Poisson; 
12 
c) Durabilidade: 
- Permeabilidade aos líquidos e gases; 
- Difusibilidade de íons cloreto, sulfeto e magnésio; 
- Ciclos de gelo/degelo; 
- Comportamento sob a ação de agentes abrasivos. 
 
d) Densidade. 
 
e) Propriedades do concreto no estado fresco: 
- Abatimento de tronco de cone; 
- Coesão; 
- Tempo de início e fim de pega. 
 
f) Propriedades reológicas. 
 
2.1.4 Aspectos Relacionados com o Desempenho do Concreto: 
 
a) Resistência aos esforços solicitantes: 
- Carregamento estático; 
- Carregamento dinâmico; 
- Carregamento cíclico. 
 
b) Deformações dentro dos padrões estabelecidos. 
 
c) Resistência a meios agressivos externos: 
- Resistênciaa carbonatação; 
- Resistência às reações álcali-sílica; 
- Resistência ao ataque por sulfeto, cloreto e magnésio; 
 
d) Peso coerente com a aplicação estabelecida. 
 
e) Desempenho do concreto no estado fresco: 
- Trabalhabilidade; 
- Possibilidade de lançamento do concreto sem desagregação; 
- Tempo suficiente para lançamento e adensamento do concreto. 
 
13 
f) Características reológicas adequadas: 
- Retração por secagem dentro de limites aceitáveis; 
- Deformação lenta ou fluência dentro de limites aceitáveis. 
 
2.2 Agregados 
 
Responsáveis em média por 70% do volume do concreto, os agregados influenciam em 
muitas de suas propriedades. O somatório do efeito de uma série de características dos 
agregados reflete em proporções variadas nas diversas propriedades do concreto 
conforme mostrado na Figura 2.2. Apesar de não ser possível se fazer uma 
quantificação precisa do grau do impacto de uma característica isolada dos agregados 
em uma propriedade particular do concreto, diversos indicadores qualitativos e modelos 
quantitativos simplificados vêm sendo pesquisados ao longo dos anos. 
 
Características dos Agregados Propriedades do Concreto 
Composição Mineralógica Trabalhabilidade 
Composição Granulométrica Resistência Mecânica 
Porosidade Módulo de Elasticidade 
Absorção de Água Massa Específica 
Forma das Partículas Características Térmicas 
Textura das Partículas Variações Volumétricas 
Resistência à Compressão Exsudação 
Módulo de Elasticidade Coloração 
Substâncias Deletérias Presentes Durabilidade 
Figura 2.2 - Características dos Agregados x Propriedades do Concreto. 
 
2.2.1 Definição 
 
Segundo a NBR 9935:1987, agregado é um material granular, geralmente inerte com 
dimensões e propriedades adequadas para a preparação de argamassa e concreto. Na 
verdade, o agregado não é inerte na exata acepção da palavra e suas propriedades 
físicas, térmicas e, às vezes químicas têm influência no desempenho do concreto 
14 
(NEVILLE, 1997). A NBR 7211:2005 ainda determina que os agregados devem ser 
compostos por grãos minerais duros, compactos, estáveis, duráveis e limpos e não 
devem conter substâncias de natureza e quantidade que possam afetar a hidratação e o 
endurecimento do cimento, a proteção da armadura contra a corrosão, a durabilidade ou, 
quando for requerido, o aspecto visual externo do concreto. 
 
2.2.2 Classificação Quanto à Natureza 
 
Os agregados são classificados como naturais ou artificiais segundo a ABNT conforme 
seu modo de obtenção. A NBR 9935:1987 classifica como agregados naturais os 
materiais que podem ser utilizados tais e quais encontrados na natureza, podendo ser 
submetidos à lavagem e seleção, reservando a categoria dos agregados artificiais 
àqueles constituídos pelos materiais resultantes de processo industrial, incluindo a 
britagem de rocha ou pedregulho. Autores como MEHTA e MONTEIRO (1994) e 
NEVILLE (1997), entretanto, classificam os agregados provenientes da britagem de 
rocha ou pedregulho como sendo naturais, cabendo a categoria dos artificiais apenas 
àqueles provenientes de processo industrial. Atualmente, menos de 10% dos agregados 
consumidos pela indústria do concreto são originários de processos industriais. Neste 
trabalho utilizou-se a terminologia definida pela ABNT. 
 
2.2.3 Classificação Quanto a Origem Mineralógica 
 
A constituição mineralógica dos agregados terá interesse neste trabalho sob um foco 
específico de seu impacto nas propriedades do concreto. A análise de aspectos como 
textura, estrutura, composição mineralógica, grau de alteração da rocha, dentre outros 
são recomendadas pela NM 54:1996 (Agregados para Concreto - Exame Petrográfico). 
A terminologia usada na descrição dos constituintes mineralógicos provenientes de 
materiais naturais é fornecida pela NBR 9942:1987. Vale lembrar que a terminologia 
utilizada comercialmente para a classificação dos agregados nem sempre é a mesma 
utilizada no meio geológico. 
 
15 
MEHTA e MONTEIRO (1994) definem um mineral como sendo toda a substância 
inorgânica de ocorrência natural com composição química mais ou menos definida e 
usualmente com uma estrutura cristalina específica. O conhecimento da composição 
mineralógica do agregado ajuda a identificar se determinados elementos químicos, 
capazes de provocar reações indesejáveis com o aglomerante de cimento Portland, estão 
presentes acima dos níveis de segurança aconselháveis, além de dar indicativos de 
muitas de suas propriedades físico-mecânicas. O exame geológico do agregado é muito 
útil para avaliar a sua qualidade e, em particular, para comparar um agregado ainda não 
utilizado com outro cujo desempenho já seja conhecido. NEVILLE (1997), entretanto, 
alerta para o fato de que a classificação mineralógica ajuda no reconhecimento das 
propriedades do agregado, mas não pode fornecer uma base de previsão do seu 
desempenho no concreto. Não existem minerais que possam ser usados em qualquer 
concreto como também não existem minerais que nunca poderão ser usados. 
 
As rochas podem ser classificadas, segundo seu modo de formação, em três grupos 
principais: rochas ígneas, também conhecidas como magmáticas; rochas sedimentares e 
rochas metamórficas. 
 
 Rochas ígneas: são aquelas que foram formadas pelo resfriamento do magma, 
constituindo cerca de 90% da crosta terrestre. Seu principal componente é a sílica, 
presente na forma de silicatos cristalinos ou amorfos. Os granitos e basaltos são as 
rochas pertencentes a este grupo mais utilizadas como agregados. 
 
 Rochas sedimentares: são rochas estratificadas em camadas, sendo formadas pela 
ação da água, do vento e do gelo. Possuem composição mineralógica semelhante à 
das rochas que lhe deram origem. Cascalho, areias, arenito e calcários são alguns 
exemplos de agregados sedimentares bastante utilizados nos concretos. 
 
 Rochas metamórficas: são rochas ígneas ou sedimentares que sofreram 
modificações em sua textura, sua estrutura e sua composição mineral devido à 
variação de condições físicas (temperatura e pressão) e químicas. São exemplos 
desse tipo de rochas os mármores, quartzitos, xistos, filitos e gnaisses. 
16 
Apesar das rochas de origem magmática e metamórfica formarem aproximadamente 
95% da crosta terrestre, contra apenas 5% de rochas sedimentares, essas cobrem 75% da 
área da superfície terrestre. Isso se dá pelo fato de que as rochas de origem magmática 
afloram em apenas 25% da área. Por isso, a maioria dos agregados de origem natural 
usados nos concretos são derivados de rochas sedimentares (MEHTA e MONTEIRO, 
1994). Existem, entretanto, regiões do globo onde, localmente, as proporções acima 
definidas não se verificam, havendo predominância expressiva das rochas de natureza 
ígnea. 
 
De cada 100 átomos na crosta terrestre, mais de 60 são de oxigênio, acima de 20 de 
silício, e de 6 a 7 de alumínio. Cerca de dois átomos mais correspondem aos elementos: 
Fe, Ca, Mg, Na, K. Com a possível exceção do titânio, todos os outros elementos são 
volumetricamente insignificantes na arquitetura da crosta terrestre. Deste modo, pode-se 
imaginar a crosta como uma armação de íons de oxigênio ligados, em configurações de 
maior ou menor complexidade, pelos íons pequenos, altamente carregados de Si e Al 
(DANA, HURLBUT, 1984). 
 
Os silicatos representam 25% dos minerais conhecidos correspondendo a 40% dos 
minerais mais comuns (Tabela 2.1). Uma forma útil de se classificar as rochas baseia-se 
no teor total de SiO2 presente. Rochas ácidas possuem teores de SiO2 maiores que 65%, 
enquanto as intermediárias e básicas possuem respectivamente de 55 a 65% e menos de 
55% de SiO2 (MEHTA e MONTEIRO, 1994). 
 
Tabela 2.1 - Classificação dos silicatos quanto à estrutura cristalográfica. 
Fonte: Adaptado de DANA, HURLBUT (1984). 
Classificação dos Silicatos 
Classe Arranjos dos Tetraedros SiO4 Relação Si:O 
Nesossilicatos Isolados 1: 4 
Sorossilicatos Duplo 2 : 7 
Ciclossilicatos Anéis 1 : 3 
Inossilicatos Cadeias Simples Cadeias Duplas 
1 : 3 
4 : 11 
Filossilicatos Folhas 2 : 5 
Tectossilicatos Estruturas Tridimensionais 1 : 2 
 
17 
Dentre os minerais de silicato os do grupo dos feldspatos são os mais abundantes, sendo 
os principais constituintes das rochas ígneas, sedimentares e metamórficas (Tabela 2.2). 
Faz parte da classe dos tectossilicatos tendo dureza um pouco menor que a do quartzo, 
diferenciando-se pela composição química e propriedades cristalográficas. São silicatos 
de alumínio com potássio, sódio e cálcio e, raramente, bário. 
 
Tabela 2.2 - Minerais do grupo dos feldspatos. 
Fonte: Adaptado de DANA, HURLBUT (1984). 
Grupo dos Feldspatos 
Ortoclásio KAlSi3O8 
Feldspato Potássico: 
 Quando Na substitui o K: Sanidina; 
 Quando Ba substitui parcialmente o K: Hialofana; 
 Celsiana: BaAl2Si2O8, Feldspato raro de bário. 
Microclínio KAlSi3O8 
Feldspato Potássico: 
 Quando Na substitui o K: Microclínio Sódico; 
 Quando Na excede o K: Anortoclásio. 
Plagioclásio 
Albita: NaAlSi3O8 
Anortita: CaAl2Si2O8 
Uma série completa de solução sólida estende-se da 
Albita até a Anortita. O potássio pode estar presente, 
em grau considerável, à medida que se caminha para a 
extremidade Albita da série. 
 
O grupo dos minerais micáceos é outro importante componente dos silicatos. 
Pertencendo à classe dos filossilicatos tem seu arranjo interno com estrutura lamelar o 
que lhe confere uma tendência à fratura em finas lâminas. São, em geral, moles e de 
densidade relativa comparativamente baixa. Moscovita, biotita, clorita e vermiculita 
formam esse grupo e aparecem de forma abundante em todos os três principais tipos de 
rochas. A moscovita também é conhecida como mica branca, mica comum ou mica 
potássica. Freqüentemente, contém pequenas quantidades de ferro ferroso e férrico, 
magnésio, cálcio, sódio, lítio, flúor e titânio. Já a biotita é um silicato de potássio, 
magnésio-ferro-alumínio, hidratado (DANA, HURLBUT, 1984). 
 
Minerais ferro-magnesianos, que ocorrem em muitas rochas ígneas e metamórficas, 
consistem de silicatos de ferro ou magnésio ou, ambos. Minerais com arranjos da 
estrutura cristalina de anfibólio e piroxênio são referidos como hornblenda e augita, 
18 
respectivamente. Olivina é um mineral comum dessa classe que ocorre em rochas 
ígneas de teor de sílica relativamente baixo (ASTM C294 apud MEHTA e 
MONTEIRO, 1994). 
 
Dentre os minerais carbonáticos, destacam-se a calcita (CaCO3) e a dolomita que é 
composta por porções eqüimoleculares de carbonato de cálcio e carbonato de magnésio. 
Esses minerais possuem menor dureza do que o quartzo e os feldspatos (ASTM C294 
apud MEHTA e MONTEIRO, 1994). 
 
Sulfetos de ferro, tais como, pirita, marcassita e pirrotita, são freqüentemente 
encontrados em agregados de origem natural. A gipsita (sulfato de cálcio dihidratado) e 
a anidrita (sulfato de cálcio anidro) são os minerais sulfatados mais abundantes, que 
podem estar presentes como impurezas em rochas carbonáticas e folhelhos feldspáticos 
(ASTM C294 apud MEHTA e MONTEIRO, 1994). 
 
Na região de Belo Horizonte, incluindo Pedro Leopoldo e Lagoa Santa ao norte, Rio 
Acima e Ibirité ao sul, Ribeirão das Neves, Sabará e Betim a oeste e Caeté ao leste, 
encontram-se basicamente dois tipos de agregados para concretos. A primeira região 
situa-se em Vespasiano, onde são lavrados calcários silicosos, cloríticos, marmorizados 
e dolomíticos. Outra região localiza-se no município de Ribeirão das Neves e Sabará, 
com biotitas-gnaisses e granitóides magmáticos, além de algumas rochas meta-
intrusivas como metabasaltos e metadiabásicos (ENGESOLO apud RIGO, 1998). 
 
Nas Tabelas 2.3 e 2.4 são apresentadas as composições mineralógicas de alguns 
agregados largamente utilizados em Minas Gerais e as fórmulas químicas dos mesmos. 
 
 
 
 
 
 
19 
Tabela 2.3 - Composição mineralógica de agregados largamente utilizados na região de 
Minas Gerais. Ensaios de difratometria de raios X executados no Centro 
de Desenvolvimento de Tecnologia Nuclear (CDTN). 
Amostra Mineral Identificado 
Predominante 
(>30%) 
Maior 
(<30%) 
Menor 
(<10%) 
Minoritário 
(<3%) 
Granito Albita Quartzo 
Biotita 
Microclina Moscovita 
Anfibólio 
(Hornblenda) 
Clorita 
Hematita 
Magnetita 
Basalto 
Anortita 
Piroxênio 
(Augita / 
Diopsídio) 
- Montmorillonita 
Hematita 
Ilmenita 
Magnetita 
Calcário Calcita - - Quartzo 
Gnaisse 
 
Albita 
Quartzo Microclina 
Biotita 
Clorita Hornblenda 
Hematita 
Magnetita 
Moscovita 
 
Tabela 2.4 - Fórmulas químicas dos minerais identificados nos agregados apresentados 
na Tabela 2.3. 
Mineral Fórmula Química 
Albita NaAlSi3O8 
Anfibólio (hornblenda) Ca2Na(Mg,Fe)4(Al,Fe,Ti)8Si8O22(OH)2 
Biotita K(Mg,Fe)3(AlSi3O10)(OH)2 
Calcita CaCO3 
Clorita Mg3(Si4O10)(OH)2.Mg3(OH)6 
Hematita Fe2O3 
Ilmenita FeTiO3 
Magnetita Fe3O4 
Microclina KAlSi3O8 
Montmorillonita KAl2(AlSi3O10)(OH)2 
Moscovita KAl2(AlSi3O10)(OH)2 
Quartzo SiO2 
Piroxênio (ocorrência de um ou 
outro ou ambos minerais do grupo): 
Augita 
Ca(Fe,Mg)Si2O6 
Piroxênio (ocorrência de um ou 
outro ou ambos minerais do grupo): 
Diopsídio 
CaMgSi2O6 
20 
 
2.2.4 Classificação Quanto às Dimensões 
 
A maneira usual de se analisar os agregados segundo as suas dimensões baseia-se em 
sua composição granulométrica, cuja classificação consta na NBR 7211:2005, conforme 
apresentado a seguir: 
 
 Agregados Miúdos: Agregados cujos grãos passam pela peneira com abertura de 
malha de 4,75 mm e ficam retidos na peneira com abertura de 75 μm, em ensaio 
realizado de acordo com a NBR NM 248:2003, com peneiras definidas pela NBR 
NM ISO 3310-1:1996. 
 
 Agregados Graúdos: Agregados cujos grãos passam pela peneira com abertura de 
malha de 75 mm e ficam retidos na peneira com abertura de malha de 4,75 mm, em 
ensaio realizados de acordo com a NBR NM 248:2003, com peneiras definidas pela 
NBR NM ISSO 3310-1:1996. 
 
A fração granulométrica composta de material pétreo de dimensões entre 75 mm e 
250 mm é denominada pedra de mão. Dimensões superiores a 250 mm são conhecidas 
como matacão ou blocos de rocha quando obtidas artificialmente. O material passante 
na peneira com abertura de malha 75 μm, obtido conforme NBR NM 46:2001 é 
conhecido como material pulverulento. Partículas de dimensões inferiores a 150 μm são 
conhecidas como filler. Os teores máximos de material pulverulento permitidos nos 
agregados miúdos e graúdos são estabelecidos pela NBR 7211:2005. 
 
Por razões comerciais o mercado adota uma classificação específica para os agregados 
graúdos provenientes da britagem de rocha conforme apresentada na Tabela 2.5. 
 
 
 
21 
Tabela 2.5 - Classificação comercial dos agregados graúdos, módulo de finura e 
dimensão máxima característica das britas provenientes de gnaisses e 
calcários calcíticos utilizadas freqüentemente em Belo Horizonte. 
Fonte: Adaptado de FRANÇA (2004). 
Material 
Faixa Granulométrica 
(mm) 
Módulo de Finura 
NBR 7211:2005 
Dim. Max. Caract. (mm) 
NBR 7211:2005 
Brita 0 4,75 a 9,5 5,90 a 6,10 12,5 
Brita 1 9,5 a 19 6,80 a 7,30 25,0 
Brita 2 19 a 38 7,70 a 7,85 32,0 
Brita 3 38 a 75 8,40 a 8,60 50,0 
 
2.2.5 Classificação Quanto a Forma e Textura das Partículas 
 
Os agregados graúdos contam com um índice de forma determinado de acordo com a 
NBR 7809:1983, para medir o grau de arredondamento de seus grãos. Os índices de 
forma assumem valores que podem variar entre 1 (esferas perfeitas) e 3 (máximo 
permitido pela NBR 7211:2005), dependendo da distorção entre o comprimento e a 
espessura dos grãos. 
 
A dificuldade de se representar a forma de corpos tridimensionais faz com que seja mais 
conveniente se definir certas características geométricas desses corpos. Uma 
classificação prática e abrangente de arredondamento é a da BS 812:Parte 1:1990, 
mostrada na Tabela 2.6. 
 
Tabela 2.6- Classificação da forma de partículas da BS 812:Parte 1:1990. 
Fonte: apud NEVILLE (1997). 
Classificação Descrição 
Arredondado Completamente erodido pela água ou pelo atrito. 
Irregular Naturalmente irregular ou parcialmente desgastado por atrito, com cantos arredondados. 
Lamelar Material em que a espessura é pequena em relação às outras dimensões. 
Anguloso Possuem arestas bem definidas formadas pela interseção de faces relativamente planas. 
Alongado Geralmente anguloso, em que o comprimento é bem maior do que as outras dimensões. 
Discóide Comprimento muito maior do que a largura e largura muito maior que a espessura. 
 
22 
A textura superficial é baseada em uma avaliação visual e depende da dureza, 
granulação e características dos poros da rocha-mãe (NEVILLE, 1997). Não existe 
método de medida normalizado no Brasil, podendo-se adotar a classificação da BS 
812:Parte 1:1990 mostrada na Tabela 2.7 como parâmetro. 
 
Tabela 2.7 - Textura Superficial dos Agregados (BS 812:Parte 1:1990). 
Fonte: apud NEVILLE (1997). 
Grupo Textura Característica 
1 Vítrea Fratura conchoidal. 
2 Lisa Erodido por água, ou devido a fratura de cristais finos ou laminares. 
3 Granulosa Fratura mostrando grãos uniformes mais ou menos arredondados. 
4 Áspera Fratura áspera de rochas fina ou grosseiramente granuladas com cristais não facilmente visíveis. 
5 Cristalina Com constituintes cristalinos facilmente visíveis. 
6 Alveolar Com poros e cavidades visíveis. 
 
2.2.6 Classificação Quanto ao Peso 
 
Os agregados podem ser classificados em leves, normais ou pesados, conforme sua 
massa específica aparente (NBR 7251:1982). A NBR 9935:1987 define os mesmos da 
seguinte forma: 
 
 Agregados Leves: Aqueles de baixa massa específica, como por exemplo, os 
agregados expandidos de argila, a escória siderúrgica, a vermiculita, a ardósia, o 
resíduo de esgoto sinterizado, etc. 
 Agregados Densos ou Pesados: Aqueles de elevada massa específica, como por 
exemplo, a barita, a magnetita, a limonita, a hematita, etc. 
 Agregados Normais: São aqueles que não se enquadram nas definições apresentadas 
para agregados leves ou pesados. 
 
Usualmente se define os intervalos correspondentes às massas especificas de cada um 
dos grupos supracitados, conforme indicado na Tabela 2.8. 
 
 
23 
 
Tabela 2.8 - Classificação dos agregados em função de sua massa específica aparente. 
Classificação 
Massa Específica Aparente (kg/m3) 
NBR 7251:1982 
Leves < 2000 
Normais 2000 ≤ M.E ≤ 2800 
Pesados > 2800 
 
2.2.7 Influência das Características dos Agregados nas Propriedades do 
Concreto 
 
As características dos agregados afetam tanto as propriedades reológicas quanto as 
propriedades mecânicas do concreto. 
 
A resistência à compressão, a resistência à abrasão e o módulo de elasticidade dos 
agregados são propriedades inter-relacionadas, que são muito influenciadas pela 
porosidade dos mesmos. A resistência do concreto não depende somente da resistência 
mecânica dos agregados, mas também, de sua absorção e de suas características de 
aderência. A resistência à compressão do concreto não pode ser significantemente maior 
do que a da maior parte do agregado, embora não seja fácil estabelecer qual é a 
resistência isolada das partículas. Já o módulo de elasticidade do concreto é, geralmente, 
tanto maior quanto maior o módulo dos agregados graúdos e o percentual que o 
constitui (NEVILLE, 1997). A fluência e a retração do concreto também são 
influenciadas pelo módulo de elasticidade dos agregados. Uma diferença muito grande 
entre os módulos de elasticidade do agregado e da pasta de cimento hidratada favorece o 
desenvolvimento de microfissuras na interface agregado-matriz (NEVILLE, 1997). 
 
Quando se analisa aspectos ligados a granulometria, verifica-se que agregados com 
maiores dimensões máximas características (NBR 7211:2005) tendem a gerar mais 
microfissuras na zona de transição entre o agregado graúdo e a pasta de cimento, o que 
por sua vez prejudica a permeabilidade e as propriedades mecânicas do concreto. Cabe 
ressaltar que a microfissuração na zona de transição tem um efeito mais danoso na 
resistência à flexão e no módulo de deformação do que na resistência do concreto à 
compressão (MEHTA e MONTEIRO, 1994). Composições granulométricas adequadas 
24 
garantem uma melhor trabalhabilidade do concreto no estado fresco, e uma menor 
permeabilidade no concreto endurecido. Do ponto de vista de trabalhabilidade sabe-se 
que o volume de vazios ótimo presente na composição granulométrica ideal é um pouco 
maior do que o produzido pela mistura de agregados graúdos e miúdos que fornece a 
massa específica compactada máxima. 
 
As dimensões dos agregados graúdos devem também ser condizentes com as dimensões 
das formas, do espaçamento das armaduras das estruturas e do diâmetro da tubulação 
das bombas. No Brasil, os limites vigentes para a dimensão máxima característica do 
agregado (Dmáx) no concreto são: Dmáx ≤ 1/3 espessura das lajes; Dmáx ≤ 1/4 da 
distância entre faces de fôrmas; Dmáx ≤ 0,8 do menor espaçamento entre armaduras 
horizontais; Dmáx ≤ 1,2 do menor espaçamento entre armaduras verticais; Dmáx ≤ ¼ do 
diâmetro da tubulação de bombeamento do concreto. A NBR 6118:2003 também 
estabelece que Dmáx ≤ 1,2 do cobrimento. 
 
O dano causado ao concreto pelo congelamento é outro aspecto que pode ser 
influenciado pela dimensão máxima característica do agregado graúdo. Geralmente, 
quando agregados maiores do que um tamanho crítico previamente determinado é 
utilizado, o risco de fissuração aumenta (NEVILLE 1997). 
 
Um excesso de partículas finas presentes nos agregados (materiais pulverulentos) 
aumenta o consumo de água (portanto, o consumo de cimento no concreto tornando-o 
antieconômico), a retração quando de seu endurecimento, e o grau de reatividade dos 
minerais dos agregados com os álcalis do cimento. Conforme descrito por MEHTA e 
MONTEIRO (1994) observa-se que, quando uma grande quantidade de material reativo 
está presente em uma forma finamente dividida (i.e., abaixo de 75 μm), pode haver 
evidência considerável de reação, mas não ocorrem expansões significativas. Por outro 
lado, muitos problemas de expansão e fissuração do concreto, atribuíveis à reação 
álcali-agregado, são associados com a presença de partículas reativas a álcalis, do 
tamanho da areia, no agregado, especialmente na faixa de 1 mm a 5 mm. 
 
25 
A sanidade do agregado, ou seja, a capacidade que um agregado tem de manter sua 
estabilidade estrutural após ser submetido a ciclos alternados de umedecimento e 
secagem ou congelamento e descongelamento, depende principalmente da sua estrutura 
de vazios. O tamanho e a distribuição dos poros determinam a capacidade de absorção 
do agregado, e define a facilidade com que a água irá entrar e sair dos mesmos, podendo 
gerar pressões capazes de provocar danos a sua estrutura. O volume total de poros na 
maioria dos agregados naturais está normalmente abaixo de 3 % e raramente excede 
10% (HEARN et al., 1994). Um bom desempenho do agregado quanto à sanidade não 
será, entretanto, garantia de um bom desempenho quando o mesmo for utilizado no 
concreto, pois, o sistema de alívio de pressão dependerá das propriedades do concreto 
como um todo. Caso o sistema não funcione bem, ter-se-á problemas na zona de 
transição entre a superfície do agregado e a matriz da pasta de cimento. 
 
A forma e a textura superficial do agregado tem influência na aderência à pasta de 
cimento e também a demanda de água da mistura, especialmente no caso do agregado 
miúdo. Comparadas às partículas lisas e arredondadas, as partículas de textura áspera, 
angulosas requerem mais pasta de cimento para produzir misturas trabalháveis, dando 
origem, porém, a concretos com maiores resistências mecânicas nas primeiras idades 
(principalmente a resistência à tração). Quanto à influência da reatividade dos 
agregados,há indicações de que rochas com textura vítrea são mais vulneráveis ao 
ataque dos álcalis presentes nos produtos de hidratação da pasta de cimento. 
 
No que diz respeito as propriedades térmicas do agregado, o coeficiente de dilatação 
térmica, o calor específico e a condutividade térmica são as que mais influenciam no 
desempenho do concreto. A estrutura mineralógica do material também deve ser 
conhecida com detalhes, quando o mesmo tiver que ser exposto a temperaturas 
elevadas. Agregados silicosos contendo quartzo, tais como granito e arenito, podem 
causar danos no concreto a cerca de 573oC porque a transformação do quartzo da forma 
α para β é associada com uma expansão súbita da ordem de 0,85 %. No caso de rochas 
carbonáticas, um dano similar pode começar acima de 700oC como resultado da reação 
de descarbonização (MEHTA e MONTEIRO, 1994). 
 
26 
Os aglomerantes de cimento Portland utilizados para fabricação dos concretos são 
materiais que, depois de hidratados, geram uma matriz alcalina onde estarão dispersos 
os agregados em diversas faixas granulométricas. Da interação entre os produtos de 
hidratação do cimento e os minerais constituintes dos agregados podem surgir diversas 
reações químicas, conhecidas como reações álcalis-agregado. Tais reações podem trazer 
tanto benefícios quanto malefícios para as propriedades do concreto. 
 
As reações expansivas são extremamente danosas ao concreto, causando instabilidade 
dimensional e fissuração excessiva, levando a perda de sua resistência, elasticidade e 
durabilidade. 
 
Das reações expansivas conhecidas a reação álcali-sílica é a que vem sendo mais 
estudada. A dimensão do problema decorrente de tal reação depende de uma série de 
fatores, dentre os quais, do teor de álcalis presente, do teor de acidez e do grau de 
alteração dos agregados, do percentual de partículas dos agregados pertencentes a uma 
faixa granulométrica mais reativa, da temperatura e do nível de umidade do meio. A 
forma de ataque no concreto envolve a despolimerização ou quebra da estrutura da 
sílica do agregado por íons hidroxila seguida pela adsorção de íons metálico-alcalinos 
na superfície recém-criada dos produtos da reação. Quando os géis de silicato alcalino 
entram em contato com a água, eles expandem pela absorção de uma grande quantidade 
de água através de osmose. A pressão hidráulica desenvolvida desta forma pode levar à 
expansão e fissuração das partículas de agregado afetadas, da matriz da pasta de 
cimento cercando os agregados e do concreto. 
 
As matérias-primas usadas na manufatura do cimento Portland respondem pela presença 
de álcalis no cimento, tipicamente na faixa de 0,2 % a 1,5% de Na2O equivalente. Tanto 
compostos de sódio quanto de potássio estão presentes normalmente em cimentos 
Portland, entretanto, é costume expressar o conteúdo de álcalis do cimento como óxido 
de sódio equivalente solúvel em ácido, que é igual a Na2O + 0,658 K2O. Dependendo 
do conteúdo de álcalis de um cimento, o pH do fluido dos poros em concretos normais é 
geralmente de 12,5 a 13,5. Este pH representa um líquido cáustico ou fortemente 
alcalino no qual algumas rochas ácidas não permanecem estáveis sob exposição 
27 
prolongada. Se o conteúdo total de álcalis do concreto, de todas as fontes, estiver abaixo 
de 3 kg/m3, provavelmente não ocorrerão danos. Em particular, recomenda-se que o teor 
de álcalis no cimento Portland não exceda o teor de 0,6% da Na2O equivalente. 
 
Segundo MEHTA e MONTEIRO (1994), com relação a agregados reativos a álcalis, 
dependendo do tempo, temperatura e tamanho da partícula, todos os silicatos ou 
minerais de sílica, bem como sílica hidratada (opala) ou amorfa (obsidiana, vidro de 
sílica), podem reagir com soluções alcalinas, embora um grande número de minerais 
reaja apenas em um grau insignificante. A reação álcali-sílica é muito lenta e suas 
conseqüências podem se manifestar apenas depois de transcorridos muitos anos. As 
partículas silicosas mais finas, com 20 μm a 30 μm, expandem-se após um ou dois 
meses, e as maiores, somente após muitos anos. Para que haja reação a umidade mínima 
no interior do concreto deve ser de cerca de 85% a 20oC. Geralmente uma temperatura 
mais alta acelera a reação e abaixa a umidade requerida mas não aumenta a expansão 
total resultante. Observa-se também que, para um mesmo teor de álcalis no cimento, a 
reatividade efetiva do agregado será tanto maior, quanto maior a sua finura (NEVILLE, 
1997). 
 
A Tabela 2.9 mostra alguns minerais importantes na constituição das rochas citadas, sua 
origem e reatividade com os álcalis do cimento Portland. 
 
Da mesma maneira que os álcalis bem ligados presentes na maioria dos minerais de 
feldspato, os álcalis presentes em escórias e pozolanas são insolúveis em ácido e 
provavelmente não estejam disponíveis para reagir com o agregado, segundo MEHTA e 
MONTEIRO (1994). 
 
Reações expansivas no concreto também podem ser provocadas por certos sulfetos e 
minerais sulfatados, tais como a marcassita e determinadas formas de pirita e pirrotita 
(sulfetos de ferro). A marcassita, que ocorre principalmente em rochas sedimentares, é 
um mineral que oxida rapidamente, formando ácido sulfúrico e hidróxidos de ferro, 
potencializando a corrosão das armaduras. A gipsita (sulfato de cálcio dihidratado) e a 
28 
anidrita (sulfato de cálcio anidro), quando presentes no agregado, aumentam as chances 
de ataque por sulfatos ao concreto. 
 
Tabela 2.9 - Reatividade de alguns minerais e rochas com os álcalis do cimento 
Portland. 
 Fonte: Adaptado de RIGO (1998). 
Mineral Origem Reatividade com álcalis do cimento Portland 
Albita Feldspato Calco-Sódico Não 
Andesitos Rochas Vulcânicas Criptocristalinas Sim 
Anortita Feldspato Cálcico Não 
Biotita Mineral Micáceo Não 
Calcedônia Mineral de Sílica Sim 
Calcita Mineral Carbonático Sim 
Cristobalita Mineral de Sílica Sim 
Dolomita Mineral Carbonático Sim 
Gipsita Mineral Sulfatado Sim 
Hornblenda Mineral Ferro-Magnesiano Não 
Microclina Feldspato Potássico Não 
Moscovita Mineral Micáceo Não 
Obsidiana Rocha silicosa amorfa Sim 
Opala Sílica Hidratada Sim 
Ortoclásio Feldspato Potássico Não 
Quartzo Mineral de Sílica Não 
Riólitos Rochas Vulcânicas de baixa cristalinidade Sim 
Sílex Córneo Rocha silicosa Sim 
Tridimita Mineral de Sílica Sim 
 
 
Outros tipos de reação que podem ser prejudiciais às propriedades do concreto são 
algumas reações álcali-carbonato, tais como, as que ocorrem entre alguns calcários 
dolomíticos e os álcalis do cimento. Tipicamente se formam zonas de reação de até 
2 mm em torno das partículas reativas. Aparecem fissuras nessas regiões resultando em 
um malha de fissuras e perda de aderência entre o agregado e a pasta de cimento. 
Ensaios já mostraram que ocorre uma desdolomitização, isto é, a transformação da 
dolomita CaMg(CaO3) em CaCO3 e MgCO3, mas as reações envolvidas não são ainda 
29 
bem conhecidas (NEVILLE, 1997). A reatividade entre os agregados provenientes de 
rochas carbonáticas e os álcalis do cimento é avaliada segundo procedimento 
estabelecido pela NBR 10340:1988. 
 
Nem todas as reações agregado-aglomerante são prejudiciais ao concreto. FARRAN 
(1956) apud RIGO (1998), estudou a ligação dos agregados carbonáticos com a pasta de 
cimento e chegou a conclusão de que a portlandita (Ca(OH)2), formada a partir da pasta 
de cimento, liga-se ao agregado apenas pela calcita (CaCO3). MONTEIRO (1985) apud 
RIGO (1998) propõe que a calcita reage com a portlandita e forma um carbonato de 
cálcio hidratado do tipo Ca3(OH)2(CO3)2.xH2O, retificando estudos anteriores que 
propunham a reação da calcita com soluções alcalinas do cimento ou com os aluminatos 
para formar carboaluminatos. 
 
A durabilidade do concreto também depende do teor de determinadas substâncias 
deletérias que, se presentes nos agregados acima de determinados percentuais, podem 
prejudicar seu desempenho.A contaminação dos agregados por sais, além do perigo da 
corrosão da armadura de aço induzida pelos íons cloretos, pode levar a absorção da 
umidade do ar e provocar eflorescências. A presença de impurezas orgânicas acima de 
certos teores é prejudicial devido sua baixa durabilidade em meios alcalinos e úmidos, 
levando ao aumento do volume de vazios no concreto endurecido, prejudicando assim 
sua permeabilidade e suas propriedades mecânicas. A presença de argilas e outros 
materiais pulverulentos podem levar a formação de películas superficiais que interferem 
com a aderência entre o agregado e a pasta de cimento. Além disso, a finura de tais 
partículas, gera uma grande área superficial, aumentando a demanda de água necessária 
na mistura. Problemas na pega e na resistência às primeiras idades do concreto podem 
ser provocados pelo chumbo e zinco (a maior parte na forma de sulfetos) presentes 
como impurezas nos agregados. 
30 
2.3 O Cimento Portland 
 
2.5.1 Resumo Histórico 
 
Aglomerante, na acepção geral, pode ser considerado todo material com propriedades 
adesivas e coesivas, capaz de ligar fragmentos de minerais entre si, de modo a formar 
um todo compacto (TAYLOR, 1964 apud LARANJEIRA, 1991). São considerados 
hidráulicos quando, além de endurecerem ao ar, são capazes de adquirir elevadas 
resistências debaixo de água, suportando perfeitamente a sua ação. Uma outra categoria 
de aglomerantes, a mais antiga de todas, é a dos aglomerantes aéreos, assim chamados 
porque não podem passar ao estado sólido dentro de água. O seu endurecimento faz-se 
pela ação do anídrico carbônico da atmosfera que os transforma em carbonatos 
(COUTINHO, 1997). Dentre os vários tipos de aglomerantes, o desenvolvimento do 
cimento Portland será o objeto de análise nesta seção. 
 
Os materiais cimentícios são utilizados como materiais de construção desde épocas 
muito remotas. Supõe-se que o homem primitivo, da idade da pedra, já conhecia uma 
forma de material com propriedades aglomerantes. Ao acenderem fogueiras junto ás 
pedras de calcário e gesso, parte das pedras descarbonatava com a ação do fogo, 
formando um pó que, hidratado pelo sereno da noite, convertia-se novamente em pedra 
(ZAMPIERI, 1993). 
 
Em Jerusalém, foram encontrados alguns pisos de residências construídos com 
concretos de cal, os quais foram datados a partir de 9000 a 8000 a.C. (MALINOWSKI e 
GARFINKEL, 1991). Em Lepenski Vir às margens do rio Danúbio na Iugoslávia, foi 
encontrado um concreto feito com uma cal parda, no piso térreo de uma habitação que 
data de 5600 a.C. (COUTINHO, 1997). Os egípcios usavam o gesso calcinado 
(T < 200oC) para unir as pedras há quatro mil anos antes de Cristo; mas parece que foi 
na ilha de Creta o local onde foi empregada pela primeira vez a cal como material 
agregante, de onde passaria para a Grécia e posteriormente para Roma. Os gregos e os 
romanos utilizavam aglomerantes à base de cal, obtida a partir da queima de rochas 
31 
calcárias a temperaturas próximas de 800 oC, o que exigia uma preparação tecnológica 
um pouco maior (ZAMPIERI, 1993). 
 
O nome “cimento”, porém, é de origem romana. Os romanos chamaram “opus 
caementitium” (obra cimentícia) a certos elementos construtivos similares ao concreto 
conhecido nos dias de hoje, os quais eram obtidos a partir de pedras trituradas e 
materiais similares, unidos com cal calcinada. Mais tarde se designaram como 
“cimentos” a mistura de certos materiais, tais como, o pó de cerâmicas e as cinzas 
vulcânicas, com à cal calcinada. Esta mistura apresentava propriedades hidráulicas, ou 
seja, possuía a capacidade de endurecer ao combinar-se com a água mantendo sua 
resistência e estabilidade mesmo sob a mesma (LABAHN E KOAHLAAS, 1985). 
 
Os romanos souberam utilizar muito bem este material na construção de grandes obras 
públicas, como aquedutos, pontes, cais, grandes edifícios e outras obras maciças que, 
geralmente, revestiam com alvenaria de tijolo ou de pedra. Talvez a obra mais famosa 
executada com ele seja o Panteón de Agripa em Roma (Fig. 2.3), templo circular 
construído no império de Adriano (118 a 125 a.C.). Ocupa um espaço de 43 m de 
diâmetro e possui uma cúpula aberta no centro de sua construção. Tanto a cúpula como 
as paredes, de vários metros de espessura, são de concreto, estando estas últimas 
recobertas de um revestimento cerâmico. Com o objetivo de que este concreto 
alcançasse propriedades hidráulicas se adicionou pozolana, isto é, uma cinza vulcânica 
localizada próxima a atual localidade de Pozzuoli, próximo ao Vesúvio (LABAHN E 
KOAHLAAS, 1985). 
 
Os gregos e romanos guardavam em segredo as fórmulas de seus cimentos que, com o 
declínio de suas civilizações ficaram perdidos no tempo. Assim, na Idade Média houve 
uma piora na qualidade dos cimentos e esse material praticamente teve que ser 
desenvolvido novamente. Até a segunda metade do século XVIII houve uma falta 
absoluta de entendimento sobre as causas responsáveis das propriedades e do 
comportamento hidráulico dos aglomerantes. O engenheiro inglês John Smeaton (1724-
1792) identificou a importância da presença da argila na hidraulicidade, ao desenvolver 
em 1756 um aglomerante resistente a água para a construção de um novo farol em 
32 
Eddystone, nas proximidades de Plymouth (Fig. 2.4). Considerava-se que possuíam 
boas propriedades hidráulicas aqueles aglomerantes que não se dissolviam 
completamente em ácido nítrico, deixando um resíduo de argila e quartzo (LABAHN E 
KOAHLAAS, 1985). 
 
 
 (a) (b)
Figura 2.3 - (a)Vista do Panteón de Agripa em Roma; (b)Foto do interior de sua cúpula 
Fonte: (a) web.educastur.princast.es; (b) http://www.fortunecity.es (acesso 
realizado em 09/05/2007). 
 
 
 
Figura 2.4 - Foto do farol de Eddystone. 
Fonte: www.ciplan.com.br/produc_hist_cimento.cfm (acesso realizado em 
11/05/2007). 
 
 
 
http://www.fortunecity.es/
http://www.ciplan.com.br/produc_hist_cimento.cfm
33 
Em 1791 James Parker obteve na Inglaterra, a partir de uma rocha sedimentar calcária, 
da região londrina, um aglomerante hidráulico, o qual patenteou em 1796 com o nome 
de “cimento romano”. Este teve uma grande aceitação por suas excelentes qualidades, 
tanto que ao expirar o termo da patente, que naquela época era de 14 anos, continuou-se 
dando por antonomásia o mesmo nome ao produto, visto sua comprovada qualidade. A 
celebridade da mistura Parker e a escassez de pedras similares às que ele usava - 
recolhia certos tipos de rochas nas praias da ilha de Sheppel, em Kent - fez com que 
químicos e engenheiros a analisassem e chegassem à conclusão de que usando pedras 
calcárias ligadas com aproximadamente um terço de argila e misturando-as com uma 
pequena quantidade de óxido de ferro, se conseguia o cimento romano (TORAYA, 
1999). 
Os primeiros ensaios para se produzir um cimento por meio da calcinação de uma 
mistura artificial de rochas calcárias e argilas foram feitos na França por Louis José 
Vicat. Em 1812, Louis Vicat, então com 26 anos, foi encarregado da construção da 
ponte de Souillac, sobre o rio Dordogne. Durante esta iniciou o estudo das causas da 
hidraulicidade das cales e cinco anos mais tarde, em 1817, redigia uma primeira 
memória sobre os resultados das suas experiências, com o título Investigações 
experimentais sobre a cal de construção, o concreto e as argamassas, divulgando um 
método para obter cal hidráulica de qualquer pedra calcária (COUTINHO, 1997). O 
procedimento consistia em tirar a força da cal viva, misturando-a com argila pura e 
água, conseguindo uma massa pegajosa que era moldada em esferas. Estas, por sua vez, 
eram colocadas ao sol e depois em um forno, obtendo-se um material de qualidades 
completamente diferentes (TORAYA, 1999). Em fevereiro de 1818 a Academia das 
Ciências de Paris, seguindo o conselho de Prony e de Gay-Lussac, aprovava esta obra, 
compreendendo o interesse que tinha a descoberta,e em 1819 Vicat estava autorizado a 
aplicar o novo produto artificial que tinha inventado na construção da ponte de Souillac 
(COUTINHO, 1997). 
Em 1811, o inglês Joseph Aspdin, de Leeds no Condado de Yorkshire, conseguiu 
fabricar uma excelente cal hidráulica, através da queima a altas temperaturas (em torno 
de 800°C), de uma mistura de cal e argila. Em 21 de outubro de 1824 recebeu a Patente 
nº 5022 para um aperfeiçoamento no método de produzir pedra artificial, concedida 
34 
pelo Rei George IV. O aglomerante obtido foi chamado de “cimento Portland”, que 
pode ser comparado pela sua composição e propriedades ao que hoje chamamos de cal 
hidráulica. A denominação dada por Aspdin para seu produto se deu em decorrência da 
semelhança entre seu cimento endurecido e a pedra de Portland, uma famosa pedra 
calcária branco-prateada que se extraía há mais de três séculos de algumas pedreiras 
existentes na pequena península de Portland localizada ao sul da Inglaterra, na costa sul 
do Condado de Dorset (TORAYA, 1999). 
 
Pouco depois de obter a patente, se associou com William Beverly e montaram em 1828 
uma fábrica em Wakefield, próxima de Leeds, com a razão social Aspdin & Beverly 
Patent Portland Cement Manufacturers. Em 1843, seu filho W. Aspdin, foi quem pela 
primeira vez, conseguiu, pela queima a uma temperatura superior (~ 1500 oC), a 
obtenção de um aglomerante que continha uma proporção considerável de material 
sinterizado. Este aglomerante alcançou resistências notadamente superiores às obtidas 
pelos seus precedentes (LABAHN E KOAHLAAS, 1985). O forno de Cimento Portland 
utilizado por Aspdin, entre o ano de 1847 e 1850, é o mais antigo existente no mundo 
até hoje, conservado pelos ingleses como marco histórico. A indústria funcionou até 
1892 (TORAYA, 1999). 
 
Em grande medida, a fama que adquiriu o cimento Portland se deve a seu uso no túnel 
de 360 metros de comprimento, construído em Londres sob o rio Tamisa pelo 
engenheiro francês Marc I. Brunel. Esta obra havia despertado enorme interesse na Grã 
Bretanha e no estrangeiro por ser o primeiro túnel no mundo que se construía sob um 
rio navegável. A construção havia sido iniciada em 1825 usando o cimento romano. 
Contudo, em certo momento da execução, uma parte do teto cedeu e Brunel, que nesse 
momento já conhecia o cimento de Aspdin, colocou toneladas do mesmo sobre a fenda 
e conseguiu vedar debaixo d’água a fissura e concluir com felicidade a obra (TORAYA, 
1999). Na mesma época foi também utilizado em outras grandes construções, como nos 
novos edifícios do Parlamento de Londres (1840-1852) (Fig. 2.5). Segundo a 
nomenclatura atual pode-se designá-lo como o primeiro “cimento Portland” fabricado 
(LABAHN E KOAHLAAS, 1985). 
35 
 
Figura 2.5 - Parlamento de Londres construído com cimento Portland de Aspdin. 
Fonte: http://www.vivercidades.org.br (acesso realizado em 09/05/2007). 
 
A primeira fábrica com uma produção verdadeiramente significativa foi a da Dupont e 
Demarle, em 1850, na França (Boulogne-Sur-Mer). Nesse mesmo ano, Vicat e 
Companhia fundaram outra fábrica em Grenoble, França, que foi a primeira a usar 
tecnologia por via seca em fornos cíclicos verticais. Cinco anos mais tarde, em 1855, o 
alemão Hermann Bleibtreu montou uma fábrica em Züellchow, próxima de Stettin, com 
a qual começou a expandir-se e popularizar-se o uso do cimento Portland pelos países 
europeus (TORAYA, 1999). 
 
Em 1889 existiam já 60 fábricas de cimento na Alemanha, e 83 em 1900. No início 
trabalhava-se apenas com fornos verticais descontínuos ou intermitentes. O primeiro 
forno rotatório foi instalado em 1898. 
 
Em 1862 E. Langen descobriu as propriedades hidráulicas latentes das escórias 
granuladas de alto-forno (rapidamente esfriadas e vítreas), ao comprovar o 
desenvolvimento de altas resistências de uma mistura endurecida de cal queimada e as 
respectivas escórias. A adição de escórias granuladas de alto-forno no cimento Portland 
foi feita pela primeira vez por G. Prüssing em 1882, dando origem aos chamados 
cimentos de alto-forno. A adição de sulfatos ocorreu em decorrência das descobertas 
realizadas por H. Kühl em 1908, que deu origem aos chamados cimentos 
http://www.vivercidades.org.br/
36 
sulfosiderúrgicos ou supersulfatados. Junto a essas descobertas alemãs, os primeiros 
cimentos aluminosos (alto teor de alumina) foram fabricados na França entre 1914 e 
1918, sob a patente de J. Bied (LABAHN E KOAHLAAS, 1985). 
 
As primeiras normas para regular a fabricação e o uso do cimento Portland surgiram na 
Alemanha em 1878. Essa foi a primeira norma alemã relativa a um material, e ao 
mesmo tempo referente a um produto fabricado em escala industrial. Em 1909 e 1917 
surgiram as primeiras normalizações para os cimentos Portland com adições de escórias 
de alto-forno. 
 
Segundo a atual definição, o cimento é um aglomerante hidráulico para argamassa e 
concreto, finamente moído, constituído essencialmente por compostos de oxido de 
cálcio e óxidos de silício, alumínio e ferro, obtidos por sinterização e fusão. A pasta 
formada pela adição de água no cimento Portland endurece tanto ao ar quando embaixo 
d’água, na qual mantém sua resistência, sua estabilidade volumétrica (RIGO, 1998). 
 
A primeira tentativa de produzir Cimento Portland no Brasil, se deve ao Comendador 
Antonio Proost Rodovalho, que em 1888 instalou uma fábrica em sua fazenda, mas que 
não chegou a produzir regularmente. 
 
Houve também outras tentativas, na Paraíba e no Espírito Santo, mas sem sucesso. A 
primeira fábrica a produzir normalmente, no Brasil, foi a Cia. Brasileira de Cimento 
Portland Perus, no ano de 1926. Hoje, o Brasil é um dos oito maiores produtores de 
Cimento Portland do mundo e, detém uma das mais avançadas tecnologias no fabrico 
desse insumo. Só no ano de 2000, o Brasil produziu cerca de 39,6 milhões de toneladas 
de Cimento Portland. 
 
2.5.2 Fabricação do Cimento Portland 
 
A fabricação do cimento Portland envolve um conjunto de operações que pode ser 
resumido nas seguintes etapas: 
 
37 
Moagem 
 
A preparação da mistura crua (cru) consiste no tratamento da matéria-prima (calcário e 
argila) nos britadores e moinhos de bola, para que seja reduzida à granulação média de 
50 µ. 
 
A granulometria do cru tem papel muito importante na cinética das reações de 
clinquerização. Não se pode precisar a granulometria ideal, pois ela varia de material 
para material, dependendo de suas características mineralógicas e estruturais. Kramer 
(apud CAHN et al., 1992) verificou que calcários compactos de granulação fina reagem 
menos que calcários menos compactos e porosos e de granulação fina. As argilas, 
normalmente, não apresentam problemas de granulação devido ao seu diâmetro menor 
que 2 µ (SHUKUZAMA et al., 1983). 
 
Ao mesmo tempo em que o material é submetido à moagem, inicia-se a mistura da 
matéria-prima. Conforme o processo, a moagem pode ser feita na presença ou na 
ausência de água (via úmida ou via seca). 
 
Dosagem da Mistura Crua 
 
Consiste no controle químico dos elementos presente para a obtenção de um cimento 
Portland de composição desejada. 
 
Durante o processo de fabricação do cimento, a composição, a proporção, a 
granulometria e a homogeneização, tanto da matéria-prima como da mistura crua são 
rigorosa e periodicamente controladas. Sobretudo no processo de via seca, exige-se o 
controle químico contínuo e preciso da matéria-prima e da mistura crua. Métodos 
analíticos tais como a espectrometria de raios X são bastante empregados para o 
controle do processo. 
 
38 
Para o controle e dosagem da mistura crua os parâmetros mais utilizados são 
(SHUKUZAMA et al., 1983): 
− O módulo de hidraulicidade (MH) que relaciona a cal com os componentes 
ácidos, expressos em porcentagem. Tem seus valores normais estabelecidos 
entre 1,7 < MH < 2,2. 
32322 OFeOAlSiO
CaOMH
++
=(2.1) 
− O fator de saturação de cal (FSC) que também relaciona o CaO com os demais 
componentes, sendo mais utilizado pelas unidades industriais que o parâmetro 
anterior. Tem seus valores normais estabelecidos entre 0,90 < FSC < 0,99. 
32322 65,018,181,2 OFeOAlSiO
CaOFSC
++
= (2.2) 
− O módulo de sílica (MS) que relaciona a sílica com os fundentes, expressos 
em porcentagem. Tem valores normais estabelecidos entre 1,2 < MS < 4,0; 
sendo os valores compreendidos entre 2,4 e 2,7 considerados ideais. 
3232
2
OFeOAl
SiOMS
+
= (2.3) 
− O módulo de alumina-ferro ou de fundentes (MA), que relaciona a alumina 
com o óxido de ferro, expressos em porcentagem, tem importância na 
fabricação e no tipo de cimento produzido. Tem valores normais estabelecidos 
entre 1 < MS < 4; sendo os valores compreendidos entre 1,4 e 1,6 
considerados ideais. Em cimento brancos o MA atinge valores máximos. 
32
32
OFe
OAl
MA = (2.4) 
 
Homogeneização da Mistura Crua 
 
A mistura crua devidamente dosada e com a finura adequada, deve ter a sua 
homogeneização assegurada para permitir, na clinquerização, uma perfeita combinação 
dos elementos formadores de clínquer. 
 
39 
No processo de fabricação por via úmida, o meio dispersante para misturar a matéria-
prima, a água, é adicionado nos moinhos de bolas. A pasta formada, com cerca de 35% 
a 45% de água, é bombeada para os tanques de homogeneização onde, durante uma 
hora, é feita a homogeneização por meio de pás mecânicas. A pasta é controlada 
quimicamente e, quando necessário, a sua composição é corrigida. 
 
No processo de fabricação por via seca o meio dispersante é o ar. A matéria-prima, já 
misturada, sai do moinho é transportada para os silos de homogeneização onde é 
necessário um perfeito controle químico juntamente com uma dosagem adequada da 
matéria-prima, para garantir uma boa homogeneidade da mistura, aplicando-se, se 
necessário, correções na sua composição. 
 
Formação do Clínquer 
 
Consiste no aquecimento controlado da mistura crua, devidamente dosada e 
homogeneizada, em forno apropriado até temperaturas de aproximadamente 1450 oC a 
1500 oC. No processo de formação dos minerais de clínquer, há uma série de reações de 
natureza endotérmica e exotérmica, conforme a absorção ou desprendimento de calor. 
A Tabela 2.10 mostra as principais reações que ocorrem na fabricação do clínquer. 
Tabela 2.10 - Principais reações na fabricação do clínquer. 
Fonte: adaptado de SHUKUZAWA (1983). 
Temperatura Processo Reação 
Até 100 oC Evaporação de água livre Endotérmica 
500 oC Desidroxilação dos minerais argilosos Endotérmica 
800 oC Decomposição dos calcários Endotérmica 
900 oC Recristalização dos minerais de argila. Exotérmica 
900 oC - 1200 oC Reação CaO com os alumino-silicatos Exotérmica 
1200 oC - 1280 oC Início de formação da fase líquida Exotérmica 
1280 oC Formação do C2S Exotérmica 
1280 oC - 1330 oC Formação principal da fase líquida e formação de C3S 
- 
1330 oC - 1450 oC Crescimento dos cristais de C3S e C2S - 
1200 oC Cristalização da fase líquida Exotérmica 
 
40 
No estado sólido, as reações se dão por meio de difusões iônicas. Estas difusões são 
aceleradas com o aparecimento de uma fase líquida, localizada na interface dos grãos e 
que começa a se formar à temperatura próxima de 1300 oC. A velocidade de difusão e, 
conseqüentemente, a capacidade de clinquerização estão relacionadas à quantidade e à 
viscosidade da fase líquida. 
 
À temperatura de clinquerização (acima de 1300 oC), parte do material é constituído por 
uma fase líquida. A relação de equilíbrio entre essa fase líquida e a fase sólida pode ser 
estudada com auxílio de diagramas de equilíbrio envolvendo SiO2, CaO, Al2O3, Fe2O3. 
Tais diagramas não consideram o efeito de soluções sólidas diluídas no sistema de 
impurezas, que provocam modificações nos sistemas e cujos efeitos na estabilidade e 
crescimento dos minerais pouco se conhecem. 
 
A mineralogia do clínquer Portland é muito complexa, apesar de estar formado por 
basicamente quatro fases conforme mostrado na Tabela 2.11. A composição e a 
cristalização dessas fases variam com diversos fatores, tais como a composição química 
e mineralógica das matérias-primas, as características do tratamento térmico imposto, a 
finura do “cru” (mistura proveniente da dosagem, moagem e homogeneização do 
calcário e da argila), as reações de difusão entre as fases, além das transformações 
polimórficas que podem ocorrer e da cristalização metaestável de alguns compostos 
(ZAMPIERI, 1993). Os elementos presentes em menores proporções (Mg, Na, K, S, 
etc.) têm influência importante sobre as características do produto final, formando 
soluções sólidas com as fases principais (GOGUEL, 1993). 
 
Na análise química do clínquer, obtêm-se seus componentes em óxidos, e utilizando 
uma estimativa proposta por R. H. Bogue, é possível encontrar os valores em termos 
percentuais dos compostos potenciais do clínquer; mas, para isso, algumas 
simplificações devem ser feitas. Assume-se que os quatro componentes principais são o 
C3S, C2S, C3A e o C4AF, que todo Fe2O3 presente ocorre no C4AF, e que o restante do 
Al2O3 ocorre no C3A (TAYLOR, 1992). Além disso, assume-se que todos os materiais 
formados são cristais. Essas abreviaturas são válidas somente para as fases puras, as 
quais jamais aparecem nos clínqueres industriais. Os verdadeiros minerais de clínquer 
41 
contêm impurezas de elementos secundários tais como Al, Fe, Mg, Na, K, Cr, Ti, Mn, P 
etc., sob a forma de soluções sólidas. Por outro lado, freqüentemente, aparecem duas 
outras fases mineralógicas individualizadas: periclázio (MgO cristalizado) em 
clínqueres magnesianos e CaO livre em clínqueres com alto fator de saturação de cal ou 
com problemas no processo de fabricação. 
 
Tabela 2.11 - Composição mineralógica do clínquer de cimento Portland. 
Fonte: Adaptado de ALMEIDA E KATTAR (1997). 
Nome do compostos Composição em óxidos * Abreviatura % no Clínquer 
Silicato Tricálcico 
(Alita) 3CaO.SiO2 C3S 50 - 65 
Silicato Dicálcico 
(Belita) 2CaO.SiO2 C2S 15 - 25 
Aluminato Tricálcico 
(Celita) 3CaO.Al2O3 C3A 6 - 10 
Ferroaluminato 
Tetracálcico 
(Brownmillerita ou 
Ferrita) 
4CaO.Al2O3.Fe2O3 C4AF 3 - 8 
Cal Livre CaO C 0,5 – 1,5 
(*) Nos clínqueres industriais não ocorrem as fases puras, pois há significativa incorporação de 
elementos minoritários (K, Na, Ti, Mg, etc.). 
 
Levando-se em consideração as simplificações sugeridas, as equações propostas por 
R.H. Bogue em 1929 (BOGUE, 1955), para uma relação entre o óxido de alumínio e o 
óxido de ferro igual ou superior a 0,64, podem ser escritas por: 
 
C3S = 4,07.CaO – 7,60.SiO2 – 6,72.Al2O3 – 1,43.Fe2O3 – 2,85.SO3 
C2S = 2,87.SiO2 – 0,754.C3S 
C3A = 2,65.Al2O3 – 1,69.Fe2O3 
C4AF = 3,04.Fe2O3 
 
A percentagem de sulfato de cálcio é obtida pelo produto de 1,70 pela percentagem de 
trióxiodo de enxofre (SO3). 
 
Apesar das condições de formação das fases mineralógicas do clínquer serem um pouco 
divergentes das propostas por Bogue e seu sistema de cálculo ter sido aperfeiçoado por 
42 
outros pesquisadores, as suas fórmulas apresentam grande utilidade prática na indústria 
do cimento, pois dão uma idéia da composição do clínquer, utilizando técnicas da 
química analítica, sem necessidade de instrumentos sofisticados. 
 
Na Tabela 2.12 apresenta-se a composição química do clínquer de cimento Portland 
fornecida por ALMEIDA e KATTAR (1997): 
 
Tabela 2.12 - Composição química do clínquer de cimento Portland. 
Fonte: Adaptado de ALMEIDA E KATTTAR (1997). 
 Fórmula Abreviação Composição (%) 
Óxido de Cálcio CaO C 59 – 67 
Sílica SiO2 S 16 – 26 
Alumina Al2O3 A 4 – 8 
Hematita Fe2O3 F 2 – 5 
MagnésiaMgO M 0,8 – 6,5 
Óxido de Sódio Na2O N 0 – 1,5 
Óxido de Potássio K2O K 0 – 1,5 
SO3 SO3 0,5 – 1,2 S
 
Resfriamento 
 
O clínquer sai do forno a uma temperatura aproximada de 1200 oC e sofre um 
tratamento no resfriador industrial, para reduzir rapidamente a sua temperatura para 
valores entre 50oC e 70oC. 
 
Adições Finais e Moagem do Clínquer 
 
O clínquer resfriado é transportado para a moagem final para atingir a finura 
conveniente, onde é também acrescido de certa quantidade de adições, tais como 
escórias minerais, pozolanas, sílica ativa, filler de calcário, dando origem aos cimentos 
Portland existentes no mercado. O gipso normalmente é utilizado para regular o tempo 
inicial de pega do cimento é limitado em até 5% em massa. 
43 
 
2.3.3 Propriedades das Principais Fases Mineralógicas do Cimento Portland 
 
A Tabela 2.13 apresenta algumas características das principais fases mineralógicas 
presentes no cimento Portland: 
 
Tabela 2.13 - Características das principais fases constituintes do cimento Portland. 
Fonte: Adaptado de TAYLOR (1992); MEHTA e MONTEIRO 
(1994). 
Componente Resistência 
mecânica 
Calor de 
hidratação 
Velocidade de 
hidratação 
Resistência à 
agressividade 
C3S Alta inicial Médio Média Média 
C2S Alta final Baixo Lenta Grande 
C3A Nenhuma Elevado Rápida Pequena 
C4AF Nenhuma Médio Média Indiferente 
 
A seguir, são apresentadas as características das principais fases mineralógicas 
presentes no cimento Portland: 
 
 Silicato Tricálcico (C3S) 
 
O silicato tricálcico (C3S), também chamado de alita, é o principal constituinte do 
clínquer e constitui cerca de 50 – 65% de sua massa. Sua fórmula pura é Ca3SiO5, mas 
sua composição e estrutura podem mudar um pouco na presença de íons Mg+2, Al+3 e 
Fe+3. No forno, quando a temperatura é maior que 1450oC, os cristais são menores e 
mais íons são incorporados à sua estrutura. Quando as temperaturas são menores, os 
cristais são maiores e menos íons são incorporados. Seus grãos são eqüidimensionais e 
incolores. Pode se apresentar em três tipos de estruturas: monoclínica, triclínica e 
romboédrica. 
 
A morfologia mais freqüente de aparecimento do C3S é sob forma de cristais tabulares 
compactos tendo seções transversais hexagonais. Essa forma é denominada idiomórfica. 
Muitas vezes, porém, os cortes transversais apresentam cristais cujos contornos 
possuem reentrâncias e saliências. Essas formas são ditas xenomórficas. Entre ambos 
44 
os extremos ocorrem as chamadas formas subidiomórficas. Podem-se reconhecer, 
freqüentemente, inclusões de belita ou CaO livre e, também, de periclásio dentro dos 
cristais de C3S (SHUKUZAMA et al., 1983). 
 
Reage relativamente rápido com a água sendo sua velocidade de hidratação controlada 
pela velocidade de difusão dos íons através das camadas sobrejacentes do produto 
hidratado. Libera grande quantidade de hidróxido de cálcio e possui alto calor de 
hidratação (120 cal/g). É o principal componente para o desenvolvimento da resistência 
de curto prazo, principalmente aos 28 dias (TAYLOR, 1992). 
 
Silicato Dicálcico (C2S) 
 
O silicato dicálcico (C2S), constitui de 15 – 25% do clínquer. Sua fórmula é Ca2SiO4, e 
pura contém 34,9% de SiO2 e 65,1% de CaO, mas sua composição e estrutura também 
podem mudar um pouco na presença de alguns íons. Ao contrário do C3S, o C2S 
apresenta estruturas nitidamente diferentes, podendo-se, portanto, prever propriedades 
hidráulicas diferentes (TAYLOR, 1992). 
 
Dependendo das condições de temperatura no interior do forno e da quantidade de 
impurezas presentes, cinco tipos de C2S podem ser formados, α, α’H, α’L 
(temperaturas acima de 1500 oC), β (por volta de 1450 oC) e γ (por volta de 670 oC), 
diferenciados pelos íons incorporados nas suas estruturas. Pode apresentar forma 
cristalina monoclínica e romboédrica. No estudo do polimorfismo do C2S, o problema 
mais importante é a transformação de β – γ e sua estabilização. Na forma β (larnita) o 
poliedro de coordenação do íon cálcio é irregular e as ligações Ca-O mais longas 
facilitam a hidratação. A forma γ é considerada inerte ou pouco hidráulica. Esta inércia 
se deve à coordenação simétrica do íon cálcio e à grande força de ligação Ca-O, devida 
à baixa coordenação do cálcio. Segundo certas condições termodinâmicas, a forma β 
pode passar para a forma γ, com variação do volume de 12% provocando a pulverização 
do clínquer. 
 
45 
As formas α e α’ são pouco conhecidas, mas é certo que apresentam hidraulicidade 
maior que as outras formas de C2S. Estudos feitos por meio de microscopia de luz 
transmitida mostraram que as inclusões arredondadas de C2S eram do tipo α’ 
(bredigita). Os álcalis têm papel importante nas propriedades do C2S: o potássio 
estabiliza a forma α’ e o sódio a forma α, ambas mais reativas que a forma β 
(SHUKUZAMA et al., 1983). 
 
Elementos como Mg, Al, Na, Ba, Ti e outros podem substituir o Ca e o Si, dentro de 
certos limites, no retículo C2S, provocando desordens reticulares e estabilizando as 
diferentes formas de C2S nas condições ambientais. Provocam, também, variações nas 
suas propriedades. 
 
A morfologia mais freqüente e desejável de aparecimento dos cristais de C2S é sob a 
forma de uma esfera que em seções transversais são bastante regulares. Muitas vezes, 
porém, a forma arredondada é substituída por formas com reentrâncias e saliências que 
se assemelham a dedos, daí se originando o termo digitada. As formas intermediárias 
são ditas em início de digitação. 
 
O termo genérico belita, comum em clínqueres comerciais, corresponde a um βC2S de 
retículo ligeiramente modificado pela adição de íons estranhos em forma de soluções 
sólidas. Reage lentamente com a água porque tem uma estrutura mais regular, ou seja, 
mais estável que o C3S. Contribui para a resistência nas idades avançadas, 
principalmente ao fim de um ano ou mais. O produto final da reação do C2S tem uma 
relação cal / sílica de 1,65 (TAYLOR, 1992). Em comparação à alita, desprende menor 
calor de hidratação e libera, também, menor quantidade de cal por ocasião da 
hidratação. 
 
Fase Intersticial 
 
A fase intersticial do clínquer é originada da cristalização, durante o resfriamento da 
fase líquida, e tem um importante papel no processo de clinquerização; quer físico-
químico, favorecendo e acelerando as reações de formação dos silicatos, quer físico-
46 
mecânico, regendo o mecanismo da granulação do clínquer e influindo na formação de 
anéis no forno de cimento. A fase intersticial é formada essencialmente por C3A e 
C4AF. 
 
Microscopicamente, pode-se apresentar homogênea e sem distinção entre C3A e o 
C4AF, caso em que é considerada vítrea, decorrente das condições favoráveis de 
resfriamento rápido. 
 
Por outro lado, pode apresentar-se diferenciada em C3A e C4AF. Nesse caso, a fase é 
considerada cristalina, fato originado das condições lentas do segundo resfriamento. O 
C3A apresenta os contornos retilíneos e bem diferenciados dos cristais de C4AF. 
 
a) Aluminato Tricálcico (C3A) 
 
O aluminato tricálcico (C3A) constitui cerca de 4 – 8% do clínquer de cimento Portland, 
compondo a fase intersticial entre os cristais de alita e belita. Sua fórmula é Ca3Al2O6, 
mas sua composição e estrutura podem mudar um pouco na presença de íons Si+4, Na+, 
K+ e Fe+3. Na sua forma pura contém 62,3% de CaO e 37,7% de Al2O3. 
 
O C3A industrial pode apresentar-se sob três formas: cúbica, ortorrômbica e tetragonal. 
A forma monoclínica também pode ser encontrada, mas não no clínquer do cimento 
Portland. Duas formas sempre podem coexistir e existem diferenças de reatividade entre 
as três formas: a forma cúbica hidrata-se mais rapidamente que as duas outras formas, 
que são semelhantes. 
 
Ele reage rapidamente com a água e libera uma grande quantidade de calor de 
hidratação (270 cal/g). É o principal responsável pela rapidez da pega, quando presente 
na forma cristalina.Atua como fundente na fabricação do cimento Portland (TAYLOR, 
1992). 
47 
 
b) Ferro Aluminato Tetracálcico (C4AF) 
 
O ferroaluminato tetracálcico ou brownmillerita (C4AF) constitui de 3 – 8% do clínquer 
do cimento Portland. Na sua forma pura contém 46,1% de CaO, 21,0% de Al2O3 e 
32,9% de Fe2O3. Sua fórmula é Ca2AlFeO5, mas pode mudar por causa da variação da 
relação Al / Fe e pela incorporação de alguns íons. É encontrado na forma monoclínica, 
tetraédrica ou octaédrica. Cristaliza-se no sistema ortorrômbico (SHUKUZAMA et al., 
1983). 
 
O C4AF não é um composto definido, mas uma solução sólida de forma geral 
2Ca.(Al,Fe)2O3, representando um termo da solução sólida que varia de C2F a C8A3F. 
Apresenta valor hidráulico baixo e tem pequena participação na resistência aos esforços 
mecânicos do cimento. Sua propriedade principal é a resistência à corrosão química. O 
C4AF é responsável, também, pela coloração cinzenta do clínquer, dada a presença de 
ferro, por isso não deve estar presente nos clínqueres brancos (SHUKUZAMA et al., 
1983). 
 
Apresenta-se sob a forma de solução sólida atuando como fundente na fabricação do 
cimento Portland (TAYLOR, 1992). 
 
Componentes Secundários 
 
a) Cal Livre (CaO) 
 
Os cristais de CaO livre podem, eventualmente, ser encontrados no clínquer por 
deficiência dos processos de fabricação. São sempre encontrados sob a forma de cristais 
arredondados e sempre associados com a alita e a fase líquida. Normalmente, não 
coexistem com o C2S, pois haveria uma cominação entre ambos, formando C3S. A 
única exceção ocorre na transformação do C3S em C2S e CaO livre secundário, 
tratando-se, porém, de decomposição de uma fase instável a temperaturas mais baixas. 
 
48 
Outra exceção mencionada por alguns autores seria o caso de coexistência de CaO livre 
com álcali-belita (KC23S12), onde a substituição de uma molécula de CaO por K2O 
transformaria a belita num componente pouco hidráulico e de difícil combinação com a 
CaO livre. 
 
Em geral, a cal livre pode resultar de uma combinação incompleta dos constituintes da 
matéria-prima (calcário e argila), gerada a partir de quatro causas principais: queima 
insuficiente (tempo curto e/ou temperatura baixa de clinquerização), homogeneização 
insatisfatória, moagem inadequada do componente calcário do cru e dosagem elevada 
de cal na mistura crua (alto fator de saturação de cal), sendo que estes dois últimos 
fatores são mais comumente observados em clínqueres nacionais. A cal livre pode ainda 
ter origem secundária a partir do primeiro resfriamento lento por decomposição do C3S 
ou por sua desestabilização por elementos menores (SHUKUZAMA et al., 1983). 
 
O excesso de cal livre é o fator determinante em cimentos que exibem expansão a frio. 
 
b) Periclásio 
 
O periclásio aparece normalmente em clínqueres ricos em MgO. Possuem seções 
transversais, quando idiomórficos, hexagonais ou quadrangulares. Quando 
xenomórficos, apresentam aspecto dendrítico. 
 
Se as condições de resfriamento forem lentas serão facilmente identificáveis ao 
microscópio pelo seu relevo mais alto (em conseqüência da elevada dureza) e, também, 
pela sua capacidade de resistir aos reagentes químicos. 
 
Porém quando as condições de resfriamento são rápidas, o periclásio aparece sob a 
forma de grãos muito finos na fase intersticial, cuja individualização dos cristais nem 
sempre é percebida. 
 
A simples presença de periclásio no clínquer indica um teor de MgO superior a 2% fato 
muito conhecido já que até 1,5% a 2% de MgO podem ser incorporados ao clínquer sob 
49 
a forma de solução sólida. Além disso, a presença de zonas de periclásio, associadas ou 
não à cal livre indica a utilização de calcário magnesiano de granulação inadequada 
(moagem insatisfatória). Por outro lado, cristais de periclásio com formas irregulares a 
arredondadas, com dimensões desenvolvidas (maior que 30 µm) indicam a assimilação 
pelo clínquer de pedaços de refratário cromo-magnesiano que recobre a zona de 
sinterização do forno (SHUKUZAMA et al., 1983). 
 
As expansões observadas nos ensaios de cimento por autoclave, decorrentes da presença 
de periclásio são funções da dimensão e freqüência dos cristais ou zonas de periclásio 
no cimento. 
 
Compostos Alcalinos e Sulfatos 
 
Os compostos alcalinos Na2O e K2O se encontram em abundância na natureza 
misturados nas matérias-primas utilizadas na fabricação do cimento Portland, 
principalmente na argila. A quantidade total de álcalis no cimento em geral não 
ultrapassa 1,5%. 
 
Os sulfatos podem ser provenientes das argilas e dos calcários, e do combustível do 
forno de cimento. No cimento Portland comum, a gipsita (CaSO4.2H2O) ou o sulfato de 
cálcio anidro (CaSO4) é adicionado ao clínquer retardando sua pega instantânea 
(TAYLOR, 1992) 
 
Outros Compostos 
 
O TiO2 pode ser originário da argila, e substitui a sílica no cimento formando 
3CaO.TiO2 e 2CaO.TiO2, com estruturas análogas ao C3S e C2S, que aumentam a 
resistência nas primeiras idades. A presença de Mn2O3 no cimento forma o 
4CaO.Al2O3.Mn2O3, análogo ao C4AF, podendo trazer um sensível ganho de 
resistência. A presença de CaF2 (fluorita) altera a formação e o endurecimento do C3S 
e do C2S. O P2O5 provoca a decomposição do C3S para C2S e reage com a cal liberada. 
Além desses compostos, existem outros óxidos adicionais provenientes da matéria-
50 
prima, e eles influem na temperatura de fusão da mistura, ou seja, na fase de 
clinquerização, diminuindo essa temperatura (LEA, 1970). 
 
 
2.3.4 Hidratação do Cimento Portland 
 
O termo hidratação refere-se às reações do cimento com a água que ocorrem com o 
transcorrer do tempo, dando origem a uma matriz firme e resistente (MEHTA e 
MONTEIRO, 1994). 
 
O mecanismo de hidratação inicialmente envolve processos de dissolução e 
precipitação. Primeiro, a dissolução dos compostos anidros em componentes iônicos, e 
a precipitação dos hidratos devido à baixa solubilidade. Esse processo é dominante nos 
estágios iniciais, devido à disponibilidade de espaço na pasta. Num estágio seguinte, 
tem-se o processo topoquímico ou hidratação do estado sólido, em que a hidratação 
ocorre na superfície do grão anidro, ocorrendo uma redução progressiva do tamanho do 
grão (MEHTA e MONTEIRO, 1994). 
 
A hidratação dos aluminatos é imediata; porém no cimento Portland, devido à presença 
de gipsita, esta reação é mais lenta. Os produtos de hidratação formados pelo C3A e o 
C4AF são semelhantes. 
 
O C3A apresenta uma grande solubilidade, mas na presença dos sulfatos essa 
solubilidade é diminuída, tendo como principais produtos dessa hidratação a etringita e 
o monossulfato. A reação de formação da etringita é, segundo TAYLOR (1992), dada 
por: 
 
C3A + 3C 2HS +26H → C6A 323HS + CALOR 
 
A etringita, C6A 323HS ou 6CaO.Al2O3.(SO4)3.32H2O, é o primeiro hidrato a se 
cristalizar devido à elevada relação sulfato/alumínio no início da hidratação. A 
formação da etringita contribui para a perda de consistência e para o início da 
51 
solidificação da pasta, com a formação de um pico de calor. Mais tarde, de 30 a 40 
horas decorrentes do contato do cimento com a água, depois do sulfato (gipsita) ter sido 
consumido, e se ainda houver C3A presente, a concentração de aluminatos se eleva e a 
etringita torna-se instável sendo convertida em monossulfato, C4A 12HS ou 
4CaO.Al2O3.SO4.12H2O, com a formação de um segundo pico de calor (Figura 2.6). A 
reação da etringita com a aluminato segundo TAYLOR (1992) é dada por: 
 
C6A 323HS +2C3A + 4H → 3C4A 12HS + CALOR 
 
 
 
Figura 2.6 - Curva da hidratação do C3A na presença de sulfato de cálcio. 
Fonte: JAWED et al., 1983. 
 
A hidratação do ferroaluminato tetracálcico também é influenciada pela presença da 
gipsita, embora não seja tão rápida quanto a do C3A. No entanto, a reação do C4AF com 
o sulfato e com a água gera um produto similar à etringita(MEHTA e MONTEIRO, 
1994). 
 
Quanto à morfologia, as partículas da etringita, na forma primária, ocorrem como 
bastões finos e longos (entre 4µm a 5µm), comumente referenciados na literatura como 
52 
“agulhas”. A etringita secundária, produzida pelo ataque de sulfato de procedência 
externa, tem suas partículas mais curtas, grossas e de seção transversal hexagonal 
(LARANJEIRA, 1991). 
 
O hidrato de monossulfato de aluminato de cálcio, quando presente, é facilmente 
reconhecido por sua estrutura morfológica de placas hexagonais, com vários µm de 
comprimento, mas apenas 0,1 µm, aproximadamente de espessura (LARANJEIRA, 
1991). 
 
O C3S e o C2S constituem quase 90% do cimento Portland. A hidratação do C3S e do 
C2S produz o principal produto de hidratação: o silicato de cálcio hidratado (C-S-H). 
Esse produto de hidratação é responsável pelas características mecânicas e pela 
durabilidade do concreto. Os íons sulfato, que entram em solução pela dissolução da 
gipsita, têm um efeito retardador nos aluminatos e acelerador nos silicatos. 
 
As reações de hidratação do C3S e do C2S, segundo JAWED et al. (1983), são dadas 
por: 
 
2C3S + 7H → C3S2H4 + 3CH + CALOR (ΔH = -1114 kJ/mol) 
 
2C2S + 5H → C3S2H4 + 1CH + CALOR (ΔH = -43 kJ/mol) 
 
A hidratação do C3S é dividida em 5 estágios conforme mostrado na Figura 2.7. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
53 
 
 
 
Figura 2.7 - Esquema da taxa de liberação de calor durante a hidratação dos silicatos. 
Fonte: JAWED et al. (1983); ZAMPIERI (1993). 
 
Considerando-se a termo-cinética da hidratação (Figura 2.7), durante o período de 
dormência, os silicatos de cálcio (principalmente C3S) hidratam-se com uma velocidade 
baixa, formando um tipo de C-S-H. Nesta etapa, os mecanismos envolvidos são 
nucleação e crescimento ou difusão (JAWED et al., 1993). Finalmente, após um tempo 
de 45 minutos a 2 horas do início da hidratação, cristais de hidróxido de cálcio 
começam a formar-se a partir da solução. Com isso, há uma queda na concentração de 
cálcio e acelera-se a dissolução do C2S e C3S. No período que se segue, as reações que 
prevalecem são o crescimento dos cristais de portlandita, Ca(OH)2 ou CH, e a formação 
de C-S-H, que são reações exotérmicas. Fala-se ainda de um quinto período, chamado 
de “período de difusão” ou “de regime permanente”, no qual as transformações são 
muito lentas e controladas por difusão (JAWED et al., 1993). Ocorre aqui o crescimento 
das partículas de C-S-H e a densificação estrutural. 
54 
 
A composição química geralmente citada para o CSH é C1,5SH1,5 (DIAMOND, 1976), 
mas este não é um valor fixo, mesmo para o CSH produto de hidratação do C3S puro. 
Há diferenças significativas, no que diz respeito à composição, não somente entre 
amostras de uma mesma pasta, mas também entre partículas de uma mesma amostra. O 
caráter quase amorfo do espectro de difração de raios X do CSH sugere que ou o gel é 
quase amorfo ou ele é constituído de material completamente amorfo com uma pequena 
proporção de partículas de melhor cristalinidade (DIAMOND, 1976). A verdadeira 
estrutura do CSH é considerada desconhecida e provavelmente localmente variável. 
 
Morfologicamente, a portlandita, nas primeiras idades após a hidratação, apresenta-se 
como uma “placa fina hexagonal”, de tamanho considerável. À medida que hidratação 
prossegue, os depósitos de CH crescem muito, alterando sua morfologia: as placas 
perdem seu contorno hexagonal e invadem e englobam outras regiões da pasta contendo 
gel e outros constituintes. A pasta madura é, então, caracterizada por extensos depósitos 
deste material, facilmente reconhecíveis (DIAMOND, 1976). 
 
Outros compostos podem estar presentes na pasta hidratada. O hidrato de aluminato 
tetracálcico, 4CaO.Al2O3.13H2O ou C4AH13, é encontrado em pastas de cimento, onde 
um baixo teor de gesso foi empregado (LARANJEIRA, 1991). Apresenta estrutura 
morfológica de placas hexagonais, semelhantes ao C4A 12HS (DIAMOND, 1976). 
 
As fases C3S, β-C2S e C4AF estão presentes em pastas de pouca idade, mas diminuem 
naturalmente, à medida que a hidratação prossegue (LARANJEIRA, 1991). 
 
A reação do C2S é muito mais lenta do que a do C3S. Apesar de serem formados pelos 
mesmos elementos, o C3S é muito mais reativo, pois os íons oxigênio se concentram 
num lado de cada íon cálcio, deixando vazios estruturais responsáveis pela alta energia e 
reatividade da estrutura. No C2S, esses vazios são geralmente menores e a estrutura é 
mais regular, tornando esse composto menos reativo (MEHTA e MONTEIRO, 1994). 
 
55 
Indicações específicas das quantidades relativas das diferentes fases na pasta de cimento 
endurecida são raras na literatura. DIAMOND (1976), sugere as seguintes proporções 
(por peso) para uma pasta de cimento totalmente hidratada: CSH (~ 70%); CH (~ 20%); 
C6A 323HS e o C4A 12HS , (~ 7% juntos); resíduos de clínquer e outros constituintes 
menores (~ 3%). 
 
2.3.5 Classificação dos Cimentos 
 
No Brasil, há vários tipos de cimento Portland sendo produzidos, atendendo a uma 
diversa gama de aplicações. A Tabela 2.14 fornece a constituição dos cimentos Portland 
normatizados no Brasil, a Tabela 2.15 suas nomenclaturas segundo a ABNT e a Tabela 
2.16 algumas características especificadas pela ABNT para os cimentos brasileiros. 
 
Tabela 2.14 - Constituição dos cimentos Portland normatizados no Brasil. 
Fonte: ZAMPIERI (1993). 
Tipos de 
Cimento 
Portland 
Sigla 
Constituição 
Normas 
ABNT Clínquer + 
Gesso Escória Pozolana
Mat. 
Carbonático 
Comum CP I 100% 0% NBR 5732 CP I – S 95 – 99% 1 – 5% 
Composto 
CP II – E 56 – 94% 6 – 34 % 0% 0 – 10% NBR 
11578 CP II – Z 76 – 94% 0% 6 – 14% 0 – 10% CP II – F 90 – 94% 0% 0% 6 – 10% 
Alto-forno CP III 25 – 65% 35 – 70% 0% 0 – 5% NBR 5735 
Pozolânico CP IV 45 – 85% 0% 15 – 50% 0 – 5 % NBR 5736 
Alta 
Resistência 
Inicial 
CP V – 
ARI 95 – 100% 0% 0% 0 – 5 % 
NBR 
5733 
Resistência 
aos Sulfatos RS idêntica a um dos cinco anteriores, do qual é derivado 
NBR 
5737 
Destinado à 
Cimentação 
de Poços 
Petrolíferos 
CPP 
classe G 100% 0% 
NBR 
9831 
 
 
 
56 
Tabela 2.15 - Nomenclatura do cimento Portland segundo a ABNT. 
Fonte: apud COSTA (1999), adaptado de ALMEIDA e KATTAR 
(1997). 
Nome técnico Sigla Classe Identificação do tipo e classe
Cimento Portland 
Comum 
(NBR 5732:1991) 
Cimento Portland Comum CP I 
25 CP I - 25 
32 CP I - 32 
40 CP I - 40 
Cimento Portland Comum 
com adição CP I - S 
25 CP I - S - 25 
32 CP I - S - 32 
40 CP I - S - 40 
Cimento Portland 
Composto 
(NBR 11578:1991) 
Cimento Portland 
Composto com escória CP II - E 
25 CP II - E - 25 
32 CP II - E - 32 
40 CP II - E - 40 
Cimento Portland 
Composto com Pozolana CP II - Z 
25 CP II - Z - 25 
32 CP II - Z - 32 
40 CP II - Z - 40 
Cimento Portland 
Composto com Filer CPII - F 
25 CP II - F - 25 
32 CP II - F - 32 
40 CP II - F - 40 
Cimento Portland de alto-forno 
(NBR 5735:1991) CP III 
25 CP III - 25 
32 CP III - 32 
40 CP III - 40 
Cimento Portland Pozolânico 
(NBR 5736:1991) CP IV 
25 CP IV - 25 
32 CP IV - 32 
Cimento Portland de Alta Resistência Inicial 
(NBR 5733:1991) 
CP V - 
ARI CP V - ARI 
Cimento Portland Resistente aos Sulfatos 
(NBR 5737:1992) 
25 
Sigla e classe 
dos tipos 
originais 
acrescidos do 
sufixo RS. 
Exemplos: 
 CPI-32RS, 
CPII-F-32RS 
32 
40 
Cimento Portland de Baixo Calor de Hidratação 
(NBR 13116:1994) 
25 
Sigla e classe 
dos tipos 
originais 
acrescidos do 
sufixo BC. 
Exemplos: 
CPI-32BC, 
CPII-F-32BC 
32 
40 
Cimento Portland 
Branco 
(NBR 12989:1993) 
Cimento Portland Branco 
Estrutural CPB 
25 CPB - 25 
32 CPB - 32 
40 CPB - 40 
Cimento Portland Branco 
Não Estrutural CPB CPB 
Cimento Portland destinado à cimentação de poços 
petrolíferos (NBR 98 31:1993) CPP G CPB - Classe G
57
 
 
Tabela2.16 - Características especificas segundo a ABNT. 
Fonte: apud COSTA (1999), adaptado de BAUER (1997). 
Propriedades / Tipos 
Cimento Portland Comum 
Cimento 
Portland de 
Alta 
Resistência 
Inicial 
Cimento 
Portland de Alto- 
Forno 
Cimento 
Portland 
Pozolânico 
Cimento Portland de 
Moderada 
Resistência a 
Sulfatos 
Cimento 
Portland de 
Alta 
Resistência a 
Sulfatos 25 32 40 25 32 25 32 25 32 
MgO máx. (%) 6,5 6,5 6,5 6,5 6 6 6,5 6,5 6,5 
Perda ao fogo máx. (%) 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 
Finura 
Resíduo 
na 
peneira 
0,075 
(%) 
15 15 15 6 10 10 12 12 15 15 15 
cm2/g 2400 2600 2600 3000 2600 2800 2500 2900 2600 2600 2600 
Tempo Mínimo de Pega 
Vicat (h) 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 
Resistências 
Mínimas de 
Argamassa 
Normalizada 
(MPa) 
1 dia 11 
3 dias 8 10 14 22 8 10 7 10 8 10 
7 dias 15 20 24 31 15 20 15 18 15 20 10 
28 dias 25 32 40 25 32 25 32 25 32 20 
90 dias 32 40 32 40 
Norma brasileira NBR 5732:1991 NBR 5733:1991 NBR 5735:1991 NBR 5736:1991 NBR 5737:1992 
NBR 
5737:1992 
 
 
 58 
 
Para efeito comparativo a Tabela 2.17 fornece a nomenclatura dos cimentos Portland 
segundo a norma americana ASTM e a Tabela 2.18 suas principais características. 
 
Tabela 2.17 - Nomenclatura do cimento Portland segundo a ASTM. 
Fonte: apud COSTA (1999), adaptado de DOBROWOLSKI (1998). 
Tipo de 
Cimento Nome Técnico Características 
Tipo I Cimento Portland Comum Padrão 
Tipo II Cimento Portland Modificado Moderado desenvolvimento do calor de hidratação. 
Tipo III Cimento de Alta Resistência 
Difere-se do tipo I, por apresentar uma 
maior finura e um teor mais elevado de 
C3S. 
Tipo IV Cimento de Baixo Calor de Hidratação
A redução do calor de hidratação é 
conseguida através da redução na 
proporção de C3A e C3S. 
Tipo V Cimento Resistente a Sulfatos Este cimento apresenta uma proporção significativamente baixa de C3A. 
 
 
Tabela 2.18 - Características do cimento Portland segundo a ASTM. 
Fonte: apud COSTA (1999), adaptado de BAUER (1987). 
Propriedades / Tipos I II III IV V 
MgO max. % 5 5 5 5 4 
Perda ao fogo máx. % 3 3 3 2,3 3 
Finura cm2/g 1600 1700 1800 1800 
Tempo de pega 
Vicat 
Início 45 45 45 45 45 
Fim (h máx.) 10 10 10 10 10 
Resistência à 
compressão da 
argamassa 1:2,75 
(MPa) 
1 dia 8,7 
3 dias 6 5,2 17,5 
7 dias 12 10,4 5,6 10,4 
28 dias 21 21 14 21 
 
 
 
 
 
 
59 
 
2.4 A Zona de Transição Interfacial Entre o Agregado e a Pasta de Cimento 
 
Nas argamassas e concretos endurecidos, podem-se considerar vários tipos de interfaces 
(LARBI, 1993): 
 
a) entre as várias fases que compõem a pasta de cimento; 
b) entre a pasta de cimento e os materiais pozolânicos anidros ou parcialmente anidros; 
c) entre a pasta de cimento e as partículas de agregado; 
d) entre a pasta de cimento e as barras de armadura; 
e) entre a pasta de cimento e as fibras que estiverem presentes nos concretos especiais. 
 
A interface entre a pasta de cimento e as partículas de agregado merece especial 
atenção, tratando-se de uma zona de transição que se estende radialmente para fora da 
superfície do agregado, se fundindo gradualmente com a massa da microestrutura da 
pasta de cimento, tendo uma espessura de aproximadamente 50 μm. Essa medida tem 
sido tomada levando-se em conta o limite no qual a pasta de cimento é afetada pelo 
agregado, região onde existe uma quantidade maior de etringita e portlandita, do nível 
de porosidade e da taxa Ca/Si. Constata-se, também, nessa região, uma menor 
concentração de C-S-H e de grãos de cimento anidro. Alguns autores constataram a 
existência de gradientes químicos e de outros parâmetros microestruturais em espessura 
de até 150 μm ao redor do agregado em argamassas e concretos (MONTEIRO, 1985). 
 
FARRAN (1956) apud PAULON (1991) foi o primeiro pesquisador a apresentar 
estudos de hidratação do cimento em contato com agregados minerais. Seus estudos 
visaram fixar a influência da natureza mineralógica dos constituintes hidratados dos 
cimentos e dos materiais englobados, sobre as ligações que se estabelecem entre eles ao 
longo da pega e do endurecimento dos concretos. Ele imaginou duas formas de 
aderência entre as fases sólidas: 
a) uma aderência mecânica em escala grosseira, ou aderência por rugosidade 
superficial do agregado, onde as partículas finamente cristalizadas do cimento 
hidratado encerram as protuberâncias e as asperezas da superfície dos agregados; 
60 
 
b) uma aderência em escala de dimensões reticulares, espécie de ligação ideal, na qual 
os cristais de cimento dão continuidade àquelas dos agregados. 
 
Para analisar o mecanismo da aderência FARRAN (1956) procurou determinar a 
natureza e a forma dos produtos de hidratação do cimento, que se formavam em contato 
com os materiais englobados, determinando que havia o desenvolvimento de cristais de 
hidróxido de cálcio na área de contato entre a pasta de cimento e o agregado. No caso 
das rochas calcárias, ele concluiu que a aderência era epitaxial e sugeriu que haveria 
uma formação de Ca(OH) - CaCO em solução sólida, o que poderia explicar uma 
melhor aderência sempre que rochas calcárias fossem utilizadas como agregado para 
concreto. 
 
A partir dos estudos de FARRAN (1956), muitos pesquisadores concordaram que 
agregados calcários não eram inertes porque reagiam com os produtos de hidratação na 
zona de transição interfacial (ZTI), sendo que essa interação química produziria melhor 
aderência e melhoraria as propriedades mecânicas do concreto. 
 
BUCK e DOLCH (1966) reportaram que agregados calcários reagiam com a pasta de 
cimento formando uma faixa fina e escura na superfície do agregado. Esses calcários 
eram de baixa absorção e continham pouca ou nenhuma dolomita, o que exclui a 
desdolomitização. 
 
PERRIN (1974) apud PAULON (1991), colocou em evidência, por microscopia 
eletrônica de transmissão, a existência de uma auréola de transição em torno dos 
agregados. Nessa zona intermediária entre o agregado e a pasta, a cristalização dos 
hidratos e sua morfologia são diferentes da cristalização no seio da pasta, a uma 
distância determinável. 
 
Segundo IWASAKI e TOMIYAMA (1975, 1976), a auréola de transição que cerca os 
agregados é uma zona de maior porosidade na qual se formam cristais de grandes 
dimensões, os quais apresentam, algumas vezes, uma orientação preferencial em relação 
à superfície do agregado. 
61 
 
Sob o ponto de vista mecânico, enquanto a pasta de cimento pode ser considerada como 
um meio isotrópico, a auréola de transição é uma zona fortemente anisotrópica. Nessa 
ZTI formar-se-á uma concentração de tensões sempre que o concreto for submetido a 
ações mecânicas, o que faz com que seja o local das primeiras fissuras. 
 
Estudos feitos por GRUDEMO (1979) mostram as relações entre a microestrutura da 
pasta de cimento Portland e suas propriedades mecânicas, assinalando a importância 
particular do crescimento lamelar dos cristais de portlandita (hidróxido de cálcio - 
Ca(OH)2). A facilidade de sua clivagem facilita a propagação intercristalina das 
fissuras. 
 
Nas argamassas e concretos de cimento Portland, os cristais de portlandita se 
desenvolvem com uma orientação preferencial nas vizinhanças dos agregados. Os 
cristais vizinhos também apresentam a mesma tendência de orientação e os riscos de 
propagação retilínea das fissuras são ainda mais evidentes que no seio da pasta. Em face 
da grande porosidade e fissuração, a auréola de transição constitui um caminho fácil 
para a penetração dos agentes agressivos ao concreto. 
 
Altas concentrações de tensão na ZTI que são causadas pela grande diferença entre os 
módulos de elasticidade da argamassa e do agregado e pela retração diferencial destes 
dois materiais contribuem para a fraqueza da zona de transição (AKÇAOGLU et al., 
2002). 
 
Parece haver um consenso entre os diversos pesquisadores de que as regiões de 
interface constituempontos fracos na estrutura do concreto e que, além disso, essas 
regiões claramente influenciam sua resistência mecânica e propriedades de aderência, 
modo de ruptura, rigidez à flexão e permeabilidade (MONTEIRO, 1985), (MASSAZZA 
e COSTA, 1986), (YANG et al., 1992), (LARBI, 1993), (ALEXANDER et al., 1995), 
(LIAO et al., 2004). 
 
62 
Convencionalmente, a microscopia eletrônica de varredura (MEV) e a análise utilizando 
a espectrometria de raios X por dispersão de energia (EDAX – Energy-Dispersive X-ray 
Analysis) têm sido usadas nos estudos da zona de transição interfacial do concreto. 
Mais recentemente, apesar de requerer alguma experiência prática na interpretação das 
curvas FT-IR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy), a espectroscopia na região do 
infravermelho por transformada de Fourier vem sendo utilizada como mais uma opção 
para se determinar as características das interfaces (LO e CUI, 2004). 
 
Alguns modelos propostos para a zona de transição podem ser vistos na Figura 2.8. 
 
A capacidade de deformação de um material está relacionada com a energia das 
ligações atômicas e com o fator de empacotamento do arranjo atômico. No caso 
particular do concreto analisado como um material compósito constituído de três fases, 
a influência do módulo de Young e da fração volumétrica de cada uma das fases no 
módulo de Young do concreto trifásico é bem estabelecida. Experimentos comprovam 
que o módulo de Young do concreto diminui à medida que a fração volumétrica da ZTI 
aumenta. O volume da ZTI é determinado pela área superficial do agregado, que por sua 
vez está relacionado com sua dimensão máxima e com sua distribuição granulométrica. 
Qualitativamente, os experimentos têm demonstrado que o módulo de deformação do 
concreto aumenta quando a dimensão máxima dos agregados diminui e quando se 
trabalha com distribuições granulométricas que fornecem uma maior densidade à 
mistura (LI et al., 1999). 
 
 
 
 
 
 
63 
 
Figura 2.8 - Modelos para a zona de transição: a) modelo de Barnes et al.; b) modelo de 
Ollivier-Grandet; c) modelo de Zimbelman; d) modelo de Monteiro. 
Fonte: BRETON et al. (1993) apud RIGO (1998). 
 
 
 
64 
 
2.5 O Efeito da Adição de Escória de Alto-Forno nas Propriedades e na 
Microestrutura do Concreto 
 
Acredita-se que foi LORIOT (1774) apud COUTINHO (1997) quem fez a primeira 
referência do valor hidráulico de uma escória. Em 1862, E. Lagen, com o intuito de 
facilitar a manutenção e evacuação da escória de alto-forno (EAF), granulou-a, 
arrefecendo-a rapidamente desde a temperatura de fusão até a ambiente. Verificou-se 
então, que o produto obtido depois de moído e misturado com cal fazia pega e endurecia 
dentro da água. Em 1865 era lançado no mercado da Alemanha um aglomerante 
hidráulico constituído por uma mistura de cal e escória, mas a produção do primeiro 
tipo de cimento Portland com escória moída junto com o clínquer ocorreu em 1882 
naquele país. Foi apenas na década de 1880 que as propriedades do novo produto foram 
identificadas satisfatoriamente (LABAHN E KOAHLAAS, 1985). 
 
O seu emprego em escala industrial encontrou, no princípio, grandes resistências da 
parte dos técnicos e dos fabricantes de cimento. Foi sobretudo depois da Primeira 
Grande Guerra Mundial que se deu grande incremento ao emprego de escórias. O êxito 
se deu em grande parte em decorrência da crise do carvão, visto que o emprego de EAF 
representa uma economia notável de combustível. Cada tonelada de clínquer substituído 
por uma tonelada de escória permite uma redução média de 200 kg de carvão 
(COUTINHO, 1997). No Brasil, a indústria cimenteira passou a fazer uso da EAF a 
partir de 1952. 
 
A utilização da EAF em proporções adequadas traz efeitos positivos às propriedades 
dos concretos além de reduzir o consumo de energia e diminuir a emissão de gases 
típicos da indústria do cimento. 
 
A escória de alto-forno é um material predominantemente vítreo proveniente sobretudo 
do processo de produção do ferro gusa, contendo principalmente silicatos e sílico-
aluminatos de cálcio amorfos. É obtida pela combinação da canga (impurezas) dos 
minérios dos metais com fundentes apropriados e cinzas do carvão utilizado. Não é por 
65 
conseqüência objeto de qualquer fabricação especial, sendo sempre um subproduto de 
outras fabricações. 
 
Faz-se a fusão da matéria-prima em elevadas temperaturas (1550oC), e com a 
combinação do minério de ferro, da cinza do coque, do calcário e do dolomito, 
empregados como fundentes, resultam na escória que, menos densa que o ferro, 
permanece na superfície do sistema. Dessa maneira, as duas fases são facilmente 
separadas e o ferro fundido pode seguir no processo até ser transformado em aço. A 
escória líquida é resfriada bruscamente, transformando-se na escória granulada de alto-
forno, que é um material com propriedades hidráulicas latentes (NEVILLE, 1997; 
BAUER, 1987). 
 
Sua composição química é variável, de acordo com as impurezas do minério de ferro 
usado, os escorificantes adicionados e a cinza do coque ou carvão de madeira usado no 
forno, como agente redutor (UCHIKAWA, 1986). Os componentes da EAF são os 
mesmos óxidos presentes no cimento Portland, mas em proporções diferentes. Os 
óxidos encontrados são: CaO (30% - 50%), MgO (0% - 21%), Al2O3 (5% - 33%), SiO2 
(27% - 42%), além de outros produtos em menor quantidade, como o Fe2O3, Mn2O3, 
Cr2O3, TiO2, S, Na2O, K2O e P2O5 (LEA, 1970; TAYLOR, 1992). 
 
A forma de resfriamento da escória líquida altera completamente suas propriedades. O 
resfriamento deve ser feito de forma brusca para gerar uma escória granulada de 
estrutura amorfa. 
 
A estrutura gerada pelo resfriamento brusco da escória líquida é natural para a sílica; a 
sílica fundida e resfriada sem precaução especial não cristaliza: conserva no estado 
sólido a estrutura do líquido, apresentando-se, portanto no estado amorfo. A maior parte 
dos silicatos conserva esta mesma propriedade, sendo tanto mais marcante quanto mais 
ricos em sílica. Já um elevado teor de óxido de cálcio impede a granulação da escória, 
pois, por mais brusco que seja o resfriamento, o estado vítreo não se mantém porque sua 
presença torna a viscosidade do líquido muito grande; o silicato bicálcico separa-se, e a 
escória deixa de ter valor. Do mesmo modo, um elevado teor em alumina presente na 
66 
escória, apesar de ser considerado vantajoso, dificulta sua granulação porque também 
torna sua viscosidade grande. A elevada proporção de sílica facilita a granulação mas a 
escória não fica bastante ativa para permitir a sua utilização no cimento. 
 
Segundo COUTINHO (1997) é necessário que a escória esteja no limite da 
desvitrificação espontânea: tão rica em cal e em alumina quanto possível. Praticamente 
procuram-se escórias muito básicas de alto-fornos de marcha quente. 
 
Lê Châtelier propôs que a reatividade da escória granulada estava diretamente 
relacionada ao fato de manter a estrutura no estado que possuía em quente, ou seja, 
termodinamicamente instável à temperatura ordinária, possuindo uma energia química 
muitíssimo maior do que a escória resfriada lentamente e cristalizada. Quando a 
cristalização não ocorre, a energia química que seria gasta neste processo fica 
disponível e a sua aptidão para entrar em combinação aumenta (COUTINHO, 1997). 
 
É comum a presença de pequenos cristais nas EAF que podem ser observados com o 
auxílio de um microscópio óptico. Se o cristal se encontrar envolvido pela fase amorfa, 
a sua influência na reatividade desta fase será praticamente nula. Espera-se que a 
reatividade hidráulica seja tanto maior quanto mais homogênea for a distribuição destes 
núcleos de cristalização e quanto menor for sua dimensão. Escórias com 10% a 30% da 
sua massa cristalizada têm apresentado boa reatividade, mas parece que existe um teor 
ótimo, variável de escória para escória, provavelmente devidoà modificação da 
composição química da fase vítrea provocada pela cristalização, modificação que 
favorecerá a hidraulicidade (SMOLCZYK, 1980; VON EUW, 1981; UCHIKAWA, 
1986). LABAHN e KOAHLAAS (1985) sugerem um teor de cristalinidade nas escórias 
inferior a 10%, uma vez que as técnicas atuais de granulação do material permitem a 
obtenção de escórias com 95% a 100% de material vítreo. 
 
Quando a EAF é resfriada lentamente, esta se transforma em um material cinzento, 
cristalino e compacto. Dentre os compostos cristalinos encontrados com maior 
freqüência nas escórias resfriadas lentamente, temos: a melilita, que é uma solução 
sólida da gehlenita (Ca2Al(AlSiO7) ou 2CaO.Al2O3.SiO2), os silicatos duplos de cálcio e 
67 
magnésio, (nCaO.MgO.SiO2) como a monticelita (n=1), a akermanita (n=2), a 
merwinita (n=3), a wollastonita (CaSiO3 ou CaO.SiO2) que é um silicato monocálcico e 
a belita (Ca2SiO4) que um silicato bicálcico que pode aparecer nas fases β, α e α’. 
Aparecem ainda uma forma de sílica livre, coloidal, não combinada e componentes 
secundários, como os sulferetos de cálcio, de magnésio e de ferro, os óxidos de ferro 
(FeO, Fe2O3 e Fe3O4) e os óxidos de magnésio e de manganésio. O potássio, o sódio e o 
titânico também entram na estrutura da escória (COUTINHO, 1997). 
 
A simples composição química da EAF não é suficiente para determinar sua 
reatividade, pois é sua estrutura que a condiciona. Não é tampouco a vitrificação mais 
perfeita que fornece à escória uma elevada reatividade. É necessária a existência de 
diferentes tipos de defeitos na estrutura para originar a melhor hidraulicidade. Segundo 
UCHIKAWA (1986) a porcentagem de Al2O3, o valor da basicidade, a porcentagem de 
monômeros de silicatos e a quantidade de fase vítrea são parâmetros que determinam 
sua reatividade. 
 
Apesar de não ser possível predizer as propriedades hidráulicas das escórias granuladas 
de alto-forno com base apenas em suas análises químicas, nem todas as composições 
químicas são adequadas para se obter escória com boa hidraulicidade. Daí a utilização 
de diferentes regras que os componentes principais da escória devem obedecer como a 
definida na NBR 5735:1991: 
 1
3
2
3
1
222
32
≥
+
++
OAlSiO
OAlMgOCaO
 (2.5) 
O índice mais conhecido e adotado em numerosas normas, como a alemã DIN 1164 é: 
 
 1
2
32 ≥
++
SiO
OAlMgOCaO
 (2.6) 
 
A composição química e a estrutura das escórias utilizáveis com os cimentos têm um 
teor de cal suficiente para permitir a formação, sem qualquer adição, de silicatos e 
aluminatos de cálcio hidratados; são verdadeiros cimentos, mas que reagem com 
68 
extrema lentidão quando aplicados isoladamente. A sua inércia natural pode cessar sob 
a influência catalítica de um meio de pH elevado (da ordem de 12). Para iniciar a reação 
basta, portanto colocar a escória num meio de pH com este valor. 
 
A diferença essencial entre a pozolana e a escória é que a primeira não tem, por si só, 
propriedades hidráulicas, enquanto a escória as possui. A primeira combina-se com a cal 
do cimento, a segunda apenas necessita de um meio altamente alcalino para provocar o 
aparecimento das suas propriedades hidráulicas. A proporção em que se usam umas e 
outras também diferem bastante: um cimento não pode conter mais do que 40% a 50% 
de pozolana; Segundo COUTINHO (1997) um cimento Portland adicionado de escórias 
só começa verdadeiramente a ter as suas propriedades modificadas com percentagens 
superiores a 50%. 
 
Diversos estudos vêm sendo feitos para se avaliar o impacto da adição de diferentes 
percentuais de EAF nas propriedades mecânicas do concreto. ONER e AKYUZ (2007) 
verificaram que a resistência à compressão de concretos fabricados com adições de EAF 
aumenta até um determinado teor de adição, reduzindo a partir desse ponto. Os 
melhores resultados foram obtidos a partir de uma substituição de 55 e 59% da massa de 
cimento Portland por EAF. Foi observada também uma melhora significativa na 
trabalhabilidade do concreto no estado fresco a partir de tal adição. Resultados de 
estudos realizados em concretos dosados com adições de escória granulada de alto-
forno em diversos teores indicam que o módulo de elasticidade dinâmico não 
acompanha de forma monotônica a variação da resistência (CANESSO et al., 2005). 
COSTA JUNIOR et al. (2006) observaram que um aumento do teor de EAF, para 
algumas classes de resistência estudadas, produziu aumentos nos valores de resistência à 
tração por compressão diametral, resistência à tração na flexão e módulo de 
deformação. 
 
A EAF quando utilizada na produção de concretos traz vários efeitos em sua 
microestrutura, inclusive na ZTI entre os agregados e a pasta de cimento Portland. 
Análises feitas através de difração de raios X (DRX) e observações feitas com o auxílio 
da microscopia eletrônica de varredura (MEV) mostraram que a escória de alto-forno 
69 
reduz a quantidade e o tamanho dos cristais de Ca(OH)2 na ZTI. Tal fato faz com que a 
microestrutura da ZTI se torne mais densa, tornando possível a produção de concretos 
mais resistentes, desde que uma proporção adequada de escória de alto-forno substitua 
uma parte do cimento Portland. Os vazios observados na ZTI quase desapareceram com 
a substituição de 40% da massa de cimento Portland por uma escória de alto-forno com 
área superficial igual a 425 m2/kg. O desaparecimento total de tais vazios foi observado 
quando da substituição de 20% da massa de cimento Portland por uma escória de alto-
forno com área superficial igual a 600 m2/kg (GAO et al., 2005). Adições de EAF 
superfina com área superficial entre 500 m2/kg e 800 m2/kg reduzem a porosidade e 
melhoram a estrutura de poros consideravelmente (NIU et al., 2002). Estudo realizado 
por PÁDUA (2006) mostrou que a substituição de 50% da massa de cimento Portland 
por uma EAF de menor área superficial (granulometria de 1200 µm), não contribuiu 
para a melhoria das propriedades mecânicas do concreto. 
 
Análises das características geométricas das partículas de escória de alto-forno e suas 
influências nas propriedades do cimento Portland demonstraram que mesmo escórias 
com a mesma área superficial podem possuir uma distribuição de tamanho de partículas 
(DTP) e uma geometria totalmente diferente dependendo do processo de moagem 
utilizado. Escórias processadas em moinhos de bolas convencionais apresentaram a 
maior dispersão na DTP, enquanto aquelas processadas em moinhos com controle de 
tamanho de partículas por sopro de ar (airflow) apresentaram a menor dispersão. A 
forma das partículas das escórias de alto-forno processadas em moinhos vibratórios 
(vibromill) é predominantemente esférica com uma superfície suave, enquanto aquelas 
processadas por um moinho de bolas ou por um moinho do tipo airflow aparentam ter 
os lados iguais (WAN et al., 2004). 
 
A fluidez das argamassas contendo EAF é associada com sua DTP. Quanto menor for a 
dispersão da DTP, maior será a fluidez das argamassas. A resistência das argamassas 
contento EAF está associada tanto a DTP quanto a sua área superficial. Supondo uma 
mesma área superficial, terão as maiores resistências nas primeiras idades, as 
argamassas que contiverem uma maior quantidades de partículas finas (< 3 μm) de 
EAF. Quanto maior for a proporção de partículas de EAF entre 3 μm e 20 μm presentes 
70 
na argamassa, maiores serão as resistências em idades mais avançadas (WAN et al., 
2004). 
 
Recentemente uma metodologia quantitativa, que havia sido desenvolvida para 
pesquisar a reologia do estado fluido, começou a ser utilizada para analisar pastas de 
cimento e argamassas. Esta metodologia introduz parâmetros reológicos, tais como 
tensões de escoamento e viscosidade plástica, paraquantificar a fluibilidade. As tensões 
de escoamento da pasta do cimento mostraram a mesma tendência do ensaio de 
abatimento de tronco de cone do concreto, e a viscosidade plástica foi associada com a 
coesão, adensabilidade, bombeabilidade, a facilidade de se dar acabamento e segregação 
do concreto. Estudos comparativos entre concretos produzidos com cimento Portland 
comum com e sem adição de EAF, mostraram que as tensões de escoamento e a 
viscosidade plástica diminuíram nos concretos com adição de EAF (PARK et al., 2005). 
 
A deterioração do concreto devido à reação álcali-agregado está estreitamente 
relacionada com o teor total de álcalis presente no concreto, cuja maior fonte provém do 
cimento Portland. No caso particular dos concretos de alto desempenho, o alto consumo 
de cimento Portland com o objetivo de se obter uma baixa relação água/aglomerante 
(a/g), faz com que o teor de álcalis na mistura se eleve. Estudos comprovaram que a 
substituição do cimento por 30% de escória de alto-forno associada à utilização de 
cimentos com baixos teores de álcalis colaboraram na redução da expansão provocada 
por tais reações (KWON, 2004). 
 
O efeito da adição de EAF na carbonatação das estruturas de concreto vem sendo 
estudado já faz algum tempo. Tal adição torna as pastas de cimento menos permeáveis 
e, no concreto, aumentam a resistência da zona de transição, o que reduz a 
microfissuração, a permeabilidade e a porosidade capilar (MEHTA e MONTEIRO, 
1994). Apesar disso, diversos resultados de pesquisas têm constatado que as misturas 
com EAF, embora mais densas e com poros menores do que em misturas produzidas 
com cimento Portland comum, que poderiam ser uma barreira contra a penetração do 
CO2 no mecanismo da carbonatação, não são capazes de garantir por si só tal proteção. 
71 
O fator preponderante é a menor alcalinidade dessas misturas e a estrutura dos poros da 
matriz (ISAIA et al., 2003; MATALA, 1994). 
 
Segundo MATALA (1994), a carbonatação do concreto com EAF é, inicialmente, 
muito similar àquela do cimento Portland comum, diferindo na quantidade de 
carbonatos que se precipitam da reação com o Ca(OH)2. A diferença de composição do 
C-S-H e do teor de Ca(OH)2 afetam o mecanismo de carbonatação. Nessas misturas, o 
menor teor de Ca(OH)2 conduz a uma menor reserva alcalina e assim, a carbonatação 
das misturas com EAF, quando comparada à carbonatação das misturas com cimento 
Portland comum é mais dependente da carbonatação do C-S-H, em decorrência da 
menor quantidade de hidróxido de cálcio, além da menor relação Ca/Si do C-S-H dessas 
misturas. BOURGUIGNON et al. (2005) ao realizarem estudos em concretos de classes 
de resistência iguais a 20 MPa, 30 MPa, 35 MPa e 40 MPa, constataram que as 
profundidades de carbonatação natural aos 365 dias foram similares nas misturas com 
cimento CP III-32-RS e menores para as misturas com cimentos CP II E-32 com 
menores teores de adição de EAF. Em ensaio de carbonatação acelerada, com 10% de 
CO2 em câmara de carbonatação, as profundidades foram similares para os concretos 
dosados com ambos os tipos de cimento, nas maiores classes de resistência 
(BOURGUIGNON et al. 2006). 
 
O ataque de estruturas de concreto por íons de sulfatos e cloretos é outro assunto de 
grande interesse tecnológico e científico em função dos danos gerados nas estruturas. A 
ação corrosiva dos cloretos se deve a formação de cloroaluminatos hidratados, que 
causam o enfraquecimento do concreto. Os íons dos sulfatos podem reagir 
quimicamente com certos constituintes do concreto, produzindo sulfoaluminatos 
hidratados e gesso, que causam a expansão do concreto. Cimentos que contêm adições 
de escória de alto-forno têm mostrado boas melhorias no desempenho dos concretos 
quando submetidos ao ataque desses agentes deletérios. As reações pozolânicas levam 
ao consumo do Ca(OH)2 produzido e à formação de quantidades adicionais de silicatos 
de cálcio e aluminosilicatos hidratados que preenchem os poros abertos, gerando um 
concreto mais compacto e conseqüentemente mais resistente aos ataques. 
 
72 
AZIZ et al. (2004) submeteram uma série de corpos de provas ao ataque de sulfatos e 
cloretos presentes nas águas do lago Caron no Egito, e obtiveram os melhores 
desempenhos nos concretos dosados com uma mistura de cimento resistente a sulfatos e 
escória de alto-forno na proporção de 30% da massa total de aglomerante. COSTA 
JUNIOR et al. (2005) ensaiaram concretos com classes de resistência à compressão de 
20, 30, 35 e 40 MPa, utilizando teores de EAF iguais a 30, 66 e 83% e constataram que 
concretos com maiores teores de escória apresentaram maiores resistências à penetração 
de cloretos. RUBIM et al. (2005) mostraram que em se tratando da análise da 
permeabilidade do concreto a cloretos, os concretos isentos de adições apresentaram 
índices de carga passante (Coulomb - medida de referência do ensaio) muito superior 
em relação ao concreto com adição de EAF. 
 
A influência da adição de EAF nas propriedades mecânicas e na estrutura de poros do 
concreto sob diferentes condições de cura à temperatura ambiente foi estudada por 
TÜRKMEN (2003). Os estudos demonstraram uma melhoria tanto na durabilidade 
quanto nas propriedades mecânicas dos concretos com adições de escória de alto-forno 
em teores de até 50%. LI et al. (2006) também constataram em estudos realizados que 
adições de EAF reduzem a porosidade do concreto em idades superiores a 28 dias, além 
de reduzirem o diâmetro médio dos poros. 
 
BARNETT et al. (2006) estudaram o efeito da temperatura do processo de cura no 
ganho de resistência nas primeiras idades de concretos fabricados com EAF. Sob 
condições padrões de cura (temperatura de 20oC), concretos com adições de EAF 
ganham resistência nas primeiras idades mais lentamente do que os fabricados com 
cimentos Portland sem adições. Constataram, porém, que a temperaturas entre 40 e 
50oC, o ganho de resistência dos concretos com adições de EAF são equivalentes aos 
concretos sem adições, para idades superiores a 3 dias. 
 
No caso das indústrias de concreto pré-moldado, utiliza-se freqüentemente a cura a 
vapor para acelerar o ganho de resistência e conseqüentemente a desforma das peças. Os 
estudos feitos sobre os efeitos da cura a vapor a temperaturas elevadas deixaram de 
focar apenas os aspectos ligados aos ganhos de resistência e passaram a dar maior 
73 
importância aos aspectos ligados à durabilidade das peças, particularmente quando da 
utilização de adições minerais. RAMLOCHAN et al. (2004) constataram que em 
temperaturas entre 70oC e 100oC a formação de etringita (C6A 323HS ) é inibida, 
particularmente na presença de álcalis. O C-S-H (silicato de cálcio hidratado) retém 
uma grande quantidade de sulfatos durante a cura aquecida do concreto, liberando-os 
quando as peças pré-moldadas são expostas à umidade na temperatura ambiente. Em 
todos os corpos-de-prova ensaiados uma grande quantidade de etringita foi formada no 
concreto endurecido, porém sua formação não foi acompanhada de expansão onde uma 
quantidade suficiente de metacaulim, EAF, ou sílica ativa foi adicionada ao cimento 
Portland; adições de sílica ativa retardaram as expansões em decorrência da formação 
da etringita, mas não foram suficientes para eliminá-las. 
 
Outro estudo ligado à utilização da cura a vapor em peças de concreto pré-moldado feito 
por HO, CHUA e TAM (2003) mostrou que concretos produzidos com cimento 
Portland puro, EAF e sílica ativa quando curados a vapor a 55oC, para evitar a formação 
retardada da etringita, por um período de 8 horas, apresentaram uma porosidade e uma 
absorção de água maior que os corpos de prova similares que foram submetidos a uma 
cura convencional, submersos em água a 27oC (temperatura ambiente local). A cura a 
vapor só apresentou melhor desempenho que a cura convencional para os concretos 
produzidos com sílica ativa.PANE e HANSEN (2004) estudaram a hidratação de cimentos Portland contendo três 
tipos de adições minerais: cinza volante, escória de alto-forno e sílica ativa. O processo 
de hidratação foi investigado usando análise térmica diferencial, análise 
termogravimétrica (DTA/TGA) e calorimetria isotérmica. Os resultados demonstraram 
que a hidratação total foi retardada pela presença de pozolanas, particularmente no caso 
da pasta que continha a adição de EAF. Adicionalmente, um método baseado nas 
medidas de decomposição do Ca(OH)2 foi utilizado para quantificar as reações 
pozolânicas. Os resultados indicaram que a EAF e a cinza volante na pasta de cimento 
reagem mais lentamente se comparadas com a sílica ativa. 
 
 
 
3 
 
TÉCNICAS E PROCEDIMENTOS PARA CARACTERIZAÇÃO E 
ANÁLISE DOS CONCRETOS E DE SEUS MATERIAIS 
CONSTITUINTES 
 
 
No caso de concretos, argamassas e pastas de cimento, a resolução de problemas e 
questões relacionadas aos materiais e matérias-primas envolve o acesso à estrutura em 
vários níveis. 
 
Neste trabalho de pesquisa será utilizada uma abordagem que leva em conta dois 
critérios: objetividade na escolha dos parâmetros relevantes para o problema e 
multiplicidade na obtenção das medidas. A objetividade visa minimizar o volume de 
trabalho experimental ou de modelagem. Por outro lado, em um material tão complexo 
como o concreto, não é aconselhável tirar conclusões a partir da aplicação de uma única 
técnica experimental de caracterização e, por isso, deve-se lançar mão de técnicas 
alternativas, com boa reprodutibilidade que, de maneira independente, ajudem a 
verificar ou balizar os resultados. 
 
3.1 Procedimento Experimental 
 
Neste estudo experimental, foi feita uma caracterização detalhada dos agregados e dos 
aglomerantes, antes de se iniciar os ensaios dos concretos produzidos com tais 
materiais. 
 
 75
Os concretos analisados foram dosados de modo a se adequarem às classes de 
agressividade especificadas na NBR 6118:2003 - Projeto de estruturas de concreto - 
Procedimento. Segundo esta norma, a agressividade do meio ambiente está relacionada 
às ações físicas e químicas que atuam sobre as estruturas de concreto, 
independentemente das ações mecânicas, das variações volumétricas de origem térmica, 
da retração hidráulica e outras previstas no dimensionamento das estruturas de concreto. 
 
As principais características das classes de agressividade e sua correspondência com a 
qualidade do concreto estão apresentadas nas Tabelas 3.1 e 3.2. 
 
Tabela 3.1 - Classes de agressividade ambiental. 
Fonte: Adaptado da NBR 6118:2003. 
Macro-clima 
Micro-clima 
Interior das Edificações Exterior das Edificações 
Seco 
UR < 65% 
Úmido ou Ciclos 
de molhagem e 
secagem 
Seco 
UR < 65% 
Úmido ou Ciclos de 
molhagem e 
secagem 
Rural I I I II 
Urbana I II I II 
Marinha II III ---- III 
Industrial II III ou IV II III 
Especial II III ou IV 
Respingos de Maré ---- ---- ---- IV 
Submersa > 3 m ---- ---- ---- I 
Solo ---- 
 
Não agressivo 
I 
Úmido e agressivo: 
II, III ou IV 
 
 
Tabela 3.2 - Correspondência entre classe de agressividade e qualidade do concreto. 
Fonte: Adaptado da NBR 6118:2003. 
 Tipo Classe de agressividade I II III IV 
Relação água/aglomerante em 
massa 
CA ≤ 0,65 ≤ 0,60 ≤ 0,55 ≤ 0,45 
CP ≤ 0,60 ≤ 0,55 ≤ 0,50 ≤ 0,45 
Classe de concreto CA ≥ C20 ≥ C25 ≥ C30 ≥ C40 CP ≥ C25 ≥ C30 ≥ C35 ≥ C40 
Notas 
CA: Componentes e elementos estruturais de concreto armado. 
CP: Componentes e elementos estruturais de concreto protendido.
 
 76
 
Neste estudo, concretos das classes C30 e C40 foram dosados e fabricados empregando-
se dois tipos de cimento. Os cimentos utilizados foram o CP II-E-32 e o CP III-32, visto 
serem estes os cimentos com adições de escória de alto-forno produzidos no Brasil. 
Estes cimentos são também, atualmente, os mais comumente empregados na região 
metropolitana de Belo Horizonte. A tabela 3.3 apresenta as características básicas dos 
traços de concreto fabricados e analisados. A denominação de cada traço é função da 
resistência almejada, 30 MPa ou 40 MPa, seguida do tipo de cimento utilizado, CP II ou 
CP III respectivamente. A tabela mostra também a relação água/cimento empregada em 
cada traço. 
 
 
Tabela 3.3 - Resumo dos traços utilizados. 
Traço Tipo de Cimento Classe de Resistência 
Relação 
água/cimento 
C30 CP II CP II-E 32 C 30 0,50 
C30 CP III CP III 32 C 30 0,50 
C40 CP II CP II-E 32 C 40 0,40 
C40 CP III CP III 32 C 40 0,40 
 
 
Os corpos-de-prova de concreto de uma determinada classe de resistência a ser estudada 
foram retirados de uma mesma betonada. Depois de fabricados, os corpos de prova 
foram mantidos submersos em caixas d’água e retirados dali nas idades de 3, 7, 14, 28, 
56 e 91 dias para a realização dos ensaios mecânicos e de caracterização. As idades dos 
concretos foram definidas, desde o início, como parâmetro de controle dos ensaios de 
caracterização. Quando não foi possível efetuar a preparação da amostra e executar o 
ensaio em torno das idades supracitadas, procurou-se, ao menos, que a comparação de 
resultados dos diferentes concretos fosse feita com base na mesma idade. 
 
 
 
 
 
 77
 
3.1.1 Ensaios de Caracterização da Macroestrutura 
 
A seguir, nas Tabelas 3.4, 3.5 e 3.6, apresenta-se a relação de normas técnicas 
brasileiras utilizadas para a realização dos ensaios de caracterização de rotina, tanto do 
concreto quanto de seus materiais constituintes. 
 
Agregados 
 
Tabela 3.4 - Normas técnicas da ABNT usadas para a caracterização dos agregados. 
FINALIDADE DESCRIÇAO DA NORMA NORMA ABNT 
Especificações e limites de 
tolerância Agregado para concreto NBR 7211:2005 
Preparação de amostras e 
agregados padrão 
Agregados - Amostragem NBR NM 26:2001 
Agregados - Redução da amostra de campo 
para ensaios de laboratório NBR NM 27:2001 
Composição 
granulométrica 
Agregados - Determinação da composição 
granulométrica NBR NM 48:2003 
Partículas finas e deletérias 
presentes nos agregados 
Agregados - Determinação do teor de argila 
em torrões e materiais friáveis NBR 7218:1987 
Agregados - Determinação do material fino 
que passa através da peneira de 75 
micrometros, por lavagem 
NBR NM 46:2003 
Agregado - Determinação de impurezas 
orgânicas húmicas em agregado miúdo NBR NM 49:2001 
Massa unitária Agregado em estado solto - Determinação da massa unitária NBR 7251:1982 
Massa específica 
Agregado miúdo – Determinação de massa 
específica e massa específica aparente NBR NM 52:2003 
Agregado graúdo – Determinação de massa 
específica, massa específica aparente e 
absorção de água 
NBR NM 53:2003 
Absorção e umidade 
superficial 
Agregados - Determinação do inchamento 
do agregado miúdo NBR 6467:1987 
Forma da partícula e 
textura superficial 
Agregado graúdo - Determinação do índice 
de forma pelo método do paquímetro NBR 7809:1983 
 
 78
 
Aglomerantes 
 
Tabela 3.5 - Normas técnicas da ABNT usadas para a caracterização dos aglomerantes. 
FINALIDADE DESCRIÇAO DA NORMA NORMA ABNT 
Especificações e limites de 
tolerância 
Cimento Portland de Alto-Forno NBR 5735:1991 
Cimento Portland Composto NBR 11578:1991 
Finura 
Cimento Portland - Determinação da finura 
pelo método de permeabilidade ao ar 
(Método de Blaine) 
NBR NM 76:1998 
Cimento Portland - Determinação da finura 
por meio da peneira 75 micrômetros (n.º 
200) 
NBR 11579:1991 
Massa específica Cimento Portland e outros materiais em pó 
- Determinação da massa específica NBR NM 23:2001 
Pasta de consistência 
normal 
Cimento Portland - Determinação da pasta 
de consistência normal NBR NM 43:2003 
Tempo de pega Cimento Portland - Determinação do tempo de pega NBR NM 65:2003 
Resistência à compressão Cimento Portland - Determinação da resistência à compressão NBR 7215:1996 
Sanidade Cimento Portland - Análise química - Determinação de perda ao fogo. NBR NM 18:2004 
Determinação dos 
constituintes e impurezasCimento Portland - Análise química - 
Método de arbitragem para determinação 
de dióxido de silício, óxido férrico, óxido 
de alumínio, óxido de cálcio e óxido de 
magnésio 
NBR NM 14:2004 
Cimento Portland - Análise química - 
Determinação de resíduo insolúvel NBR NM 15:2004 
Cimento Portland - Análise química - 
Determinação de anidrido sulfúrico NBR NM 16:2004 
Cimento Portland - Análise química - 
Método de arbitragem para a determinação 
de óxido de sódio e óxido de potássio por 
fotometria de chama 
NBR NM 17:2004 
Cimento Portland - Análise química - 
Determinação de óxido de cálcio livre NBR NM 12:2004 
 
 
 
 
 79
 
Concreto 
 
Tabela 3.6 - Normas técnicas da ABNT usadas para a caracterização do concreto. 
FINALIDADE DESCRIÇAO DA NORMA NORMA ABNT 
Preparo dos corpos-de-
prova 
Preparação de concreto em laboratório NBR 12821:1993 
Concreto - Procedimento para moldagem e 
cura de corpos-de-prova NBR 5738:2003 
Características no estado 
fresco 
Concreto - Determinação da consistência 
pelo abatimento do tronco de cone NBR NM 67:1998 
Características mecânicas 
Concreto - Ensaio de compressão de 
corpos-de-prova cilíndricos NBR 5739:1994 
Concreto - Determinação dos módulos 
estáticos de elasticidade e de deformação e 
da curva tensão-deformação 
NBR 8522:2003 
 
 
A caracterização da resistência à compressão foi feita utilizando-se três corpos-de-prova 
(CP’s) cilíndricos 10 x 20 cm. O módulo de elasticidade estático secante, também 
empregando três CP’s cilíndricos 10 x 20 cm, foi calculado com base na curva tensão-
deformação obtida do ensaio. As deformações do concreto foram avaliadas através de 
um “clip-gage” acoplado numa máquina servo controlada EMIC modelo 2100 da Escola 
de Engenharia da UFMG. Esta prensa tem capacidade para 1000 kN. Todos os CP’s 
foram pesados e tiveram sua altura e seu diâmetro medidos com um paquímetro com o 
objetivo de se determinar a densidade aparente do concreto ensaiado. 
 
 
Permeabilidade à Água do Concreto e a Durabilidade 
 
O termo durabilidade do concreto é definido pelo Comitê 201 do ACI (1991) como a 
capacidade de preservar sãs as suas propriedades ao longo de sua vida útil de serviço, 
resistindo à ação do meio ambiente, ao ataque agressivo de substâncias químicas, à 
abrasão ou a qualquer outro processo de deterioração. Em outras palavras, manter ao 
longo do tempo, a sua forma original, a sua qualidade e o seu comportamento em 
serviço. 
 80
Segundo YOUNG E MINDESS (1981), durabilidade do concreto é a capacidade do 
mesmo ter um desempenho livre de manutenção e reparos por décadas, sem necessitar 
de camadas protetoras, exceto em ambientes altamente corrosivos. 
 
Sob a forma de água do mar, lençóis subterrâneos, rios, lagos, chuva e vapor, a água é o 
fluido mais abundante na natureza. Sendo pequenas, as moléculas de água são capazes 
de penetrar em cavidades e poros extremamente finos. Como solvente a água é notável 
por sua habilidade de dissolver mais substâncias do que qualquer outro líquido 
conhecido. Esta propriedade responde pela presença de muitos íons e gases em algumas 
águas, as quais, por sua vez, tornam-se capazes de causar decomposição química de 
materiais sólidos. A água possui também a maior temperatura de evaporação entre os 
líquidos comuns permanecendo, portanto em estado líquido nas temperaturas usuais. 
 
Segundo MEHTA E MONTEIRO (1994), no concreto, o papel da água deve ser visto 
sob uma perspectiva apropriada, porque, como ingrediente necessário para a hidratação 
do cimento e como agente que dá a plasticidade aos componentes das misturas de 
concreto, ela está presente desde o começo. Gradualmente, dependendo das condições 
ambientais e da espessura de um elemento de concreto, quase toda a água evaporável no 
concreto será perdida, deixando os poros vazios ou não saturados. Uma vez que a água 
evaporável é livre para movimentos internos, um concreto não será vulnerável a 
fenômenos destrutivos relacionados à água, quando possuir pouca ou nenhuma água 
evaporável e a exposição subseqüente deste ao meio não leve à ressaturação dos poros. 
Esta última depende muito da condutividade hidráulica do concreto ou seja de sua 
permeabilidade. 
 
A NBR 6118:2003, mostra a importância da água em vários aspectos que concernem à 
durabilidade das estruturas de concreto armado. Abordando os mecanismos de 
deterioração relativos ao concreto e ao aço, a água participa como agente de ação direta 
(lixiviação), ou na forma de agente transportador das substâncias nocivas e de 
componente ativo das diversas reações deletérias que ocorrem no concreto. Em relação 
às condições de exposição das estruturas de concreto armado (ver Tabelas 3.1), a 
 81
umidade, os ciclos de molhagem e secagem e a presença de substâncias agressivas na 
água determinam a classe de agressividade ambiental que a estrutura estará exposta. 
 
A importância desta classificação, é que se pode definir a qualidade e a classe de 
concreto a ser empregado em cada ambiente. Analisando a Tabela 3.2, nota-se que os 
concretos com menor relação água/aglomerante e conseqüentemente menos porosos e 
mais impermeáveis à água, são os que melhor se comportam nos ambientes altamente 
agressivos. Este fato ressalta a importância da permeabilidade a água na durabilidade 
das estruturas de concreto armado. 
 
Ensaios de determinação do coeficiente de permeabilidade à água foram realizados em 
discos extraídos dos corpos de prova de concreto com o intuito de correlacionar a 
permeabilidade do concreto com sua microestrutura de poros. O coeficiente de 
permeabilidade à água foi obtido por meio do ensaio GWT - Germanns 
Waterpermeability Test. 
 
As amostras foram preparadas a partir de corpos-de-prova de concreto de 150 mm x 300 
mm. Foram moldados 2 corpos-de-prova por idade (28, 56 e 91 dias). De cada um dos 
corpos-de-prova moldados, foram extraídos 3 discos com 30 mm de espessura, situados 
nas duas extremidades e na parte central dos mesmos. Desse modo, 6 discos de 150 mm 
x 30 mm foram obtidos para serem ensaiados em cada uma das idades especificadas. Os 
testes foram realizados, utilizando-se uma pressão de 4080 milímetros de coluna d’água 
(0,4 BAR). 
 
As medidas comparativas de fluxo q foram obtidas com base nas recomendações do 
fabricante do aparelho utilizando-se a seguinte equação: 
 
t
ggq ).(026,0 21 −= (mm/segundo), (3.1) 
onde g1 e g2 são as leituras realizadas no micrômetro do aparelho a medida que o 
manômetro registrava uma perda de carga em um tempo t cronometrado. 
 82
 
A permeabilidade superficial foi então calculada por meio da lei de Darcy: 
 
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛ Δ
=
mm
Pb
K p
15
.
q (mm/segundo), (3.2) 
onde Kp é o coeficiente de permeabilidade do concreto, q é o fluxo médio de água 
calculado pela equação 3.1, b é a porcentagem de pasta no concreto (assumindo que os 
agregados são impermeáveis) e ΔP é a pressão aplicada. 
 
 
3.1.2 Ensaios para Caracterização da Microestrutura 
 
O custo e a complexidade de alguns ensaios selecionados desaconselharam a aplicação 
do planejamento estatístico de experimentos, já que o número de ensaios seria muito 
grande. Optou-se por uma via alternativa: os ensaios microestruturais foram realizados 
em uma única amostra representativa do material e o erro experimental envolvido nas 
técnicas quantitativas mais críticas, como a porosimetria de mercúrio e adsorção de 
nitrogênio, foi avaliado separadamente e adotado como padrão para esses ensaios. 
 
Agregados 
 
As amostras dos agregados utilizados foram devidamente coletadas conforme 
especificado na NBR NM 26:2001. Para a realização das análises de fluorescência de 
raios X e difração de raios X fez-se a moagem de 100 g do material, obtido após 
sucessivos quarteamentos, em moinho depanela, até se obter uma granulometria de 
todo material inferior à malha da peneira #400 (abertura 38 µm). Os ensaios de análise 
química e picnometria a hélio foram realizados após se obter um material moído 
passante na peneira de #200 (abertura 75 µm). 
 
 
 
 
 83
a) Composição química qualitativa: 
 
• Ensaio: Espectrometria de Fluorescência de Raios X 
- Amostras: Areia Artificial - amostra pulverizada < 38 μm (passante na 
peneira # 400). 
Agregado Graúdo - amostra pulverizada < 38 μm (passante na 
peneira # 400). 
- Equipamento: Philips - Modelo PW 2400. 
 
b) Composição química quantitativa: 
 
A caracterização química quantitativa das amostras dos agregados foi realizada no 
Laboratório de Análises Químicas do Departamento de Engenharia Metalúrgica e de 
Materiais da UFMG (granulometria < 75 μm). Na Tabela 3.7 são listadas as 
metodologias utilizadas nas análises químicas das amostras fornecidas. 
 
c) Composição mineralógica: 
 
• Ensaio: Difração de Raios X 
- Amostras: Areia Artificial - amostra pulverizada < 38 μm (passante na 
peneira # 400). 
Agregado Graúdo - amostra pulverizada < 38 μm (passante na 
peneira # 400). 
- Equipamento: Philips - Modelo PW 1810 (tubo de cobre, 40 kV). 
 
d) Análise de microscopia: 
 
• Ensaio: Lâminas Delgadas 
- Amostras: Agregado Graúdo (frações minerais predominantes). 
- Equipamento: Microscópio petrográfico LEICA - Modelo DMRXP. 
 
 
 84
 
Tabela 3.7 - Metodologias analíticas utilizadas na caracterização das amostras dos 
agregados. 
Elementos Metodologia Erro Relativo 
Si Gravimetria, Desidratação com ácido perclórico 5% 
Al 
Digestão ácida, determinação por Espectrometria de 
Absorção Atômica modo chama, equipamento AAnalyst 
300, Perkin-Elmer 
10% 
Fe 
Digestão ácida, determinação por Espectrometria de 
Absorção Atômica, modo chama, equipamento AAnalyst 
300, Perkin-Elmer 
5% 
Mg 
Digestão ácida, determinação por Espectrometria de 
Absorção Atômica, modo chama, equipamento AAnalyst 
300, Perkin-Elmer 
10% 
Mn 
Digestão ácida, determinação por Espectrometria de 
Absorção Atômica, modo chama, equipamento AAnalyst 
300, Perkin-Elmer 
10% 
K 
Digestão ácida, em sistema fechado, por microondas 
determinação por Espectrometria de Absorção Atômica, 
modo chama, equipamento AAnalyst 300, Perkin-Elmer 
10% 
Na 
Digestão ácida, em sistema fechado, por microondas 
determinação por Espectrometria de Absorção Atômica, 
modo chama, equipamento AAnalyst 300, Perkin-Elmer 
10% 
Ti 
Digestão ácida, determinação por Espectrometria de 
Absorção Atômica, modo chama, equipamento AAnalyst 
300, Perkin-Elmer 
10% 
Ca 
Digestão ácida, determinação por Espectrometria de 
Absorção Atômica, modo chama, equipamento AAnalyst 
300, Perkin-Elmer 
10% 
 Titulometria por complexação com EDTA 5% 
P Espectrometria de Absorção Molecular por azul de molibdênio 10% 
Ba 
Digestão ácida, determinação por Espectrometria de 
Absorção Atômica, modo chama, equipamento AAnalyst 
300, Perkin-Elmer 
10% 
C Combustão direta, equipamento CS 244 - LECO 5% 
Zr 
Digestão ácida, determinação por Espectrometria de 
Absorção Atômica, modo chama, equipamento AAnalyst 
300, Perkin-Elmer 
10% 
Cl Cromatografia Iônica 10% 
S Combustão direta, equipamento CS 244 - LECO 5% 
PPC Perda por calcinação até peso constante com queima a 950ºC 5% 
 
 85
 
e) Análise granulométrica: 
 
• Ensaio: Granulometria de Espalhamento de LASER 
- Amostras: Areia Artificial - fração < 150 μm (passante na peneira #100). 
 Areia Artificial - fração < 38 μm (passante na peneira # 400). 
- Equipamento: CILAS - Modelo 1064. 
 
f) Picnometria: 
 
• Ensaio: Picnometria com Hélio 
- Amostras: Agregado Graúdo - amostra pulverizada < 75 μm passante na 
peneira #200). 
- Equipamento: QUANTACHROME STEREOPYCNOMETER - Modelo SPY-3. 
 
• Ensaio: Picnometria de Mercúrio 
- Amostras: Agregado Graúdo - pedaços representativos dos agregados. 
- Equipamento: Frascos volumetricamente aferidos. 
 
 
Aglomerantes e Seus Constituintes 
 
a) Composição química quantitativa: 
 
A caracterização química quantitativa das amostras dos cimentos foi realizada no 
Laboratório de Análises Químicas do Departamento de Engenharia Metalúrgica e de 
Materiais da UFMG. Foram feitas analises completas (abertura total) das amostras 
dos cimentos CP II-E-32 e CP III-32, procurando identificar e quantificar os 
seguintes elementos: Si, Ca, Na, Ti, K, Fe, Al, Mg, S e C. Os métodos analíticos são 
os mesmos apresentados na Tabela 3.7. Cada análise química foi realizada, no 
mínimo, em duplicata. 
 
 86
b) Composição mineralógica: 
 
• Ensaio: Difração de Raios X 
- Amostras: amostra pulverizada < 38 μm (passante na peneira # 400). 
- Equipamento: Philips - Modelo PW 1810 (tubo de cobre, 40 kV). 
 
c) Análises físicas: 
 
• Ensaios realizados nos laboratórios da cimenteira (Lafarge S.A.). 
 
 
Aditivos 
 
a) Análises: 
 
• Ensaios realizados e fornecidos pelo fabricante (CRYSO Brasil S.A.). 
 
 
Concreto 
 
Seguindo o mesmo procedimento experimental proposto por RIGO (1998), as amostras 
de concreto para os diversos ensaios de caracterização foram retiradas dos corpos de 
prova, após a ruptura por compressão axial. A microscopia eletrônica de varredura foi 
feita em pedaços do concreto com dimensão máxima de 2,0 cm, contendo a argamassa e 
eventualmente o agregado graúdo. Todos os ensaios de caracterização da microestrutura 
restantes foram realizados utilizando-se amostras preparadas a partir da argamassa 
contida nos concretos estudados. As amostras foram preparadas seguindo o seguinte 
procedimento: 
− Duzentos e oitenta gramas de argamassa retirados dos corpos de prova de 
concreto ensaiados à compressão axial foram quarteadas manualmente até serem 
obtidas duas frações de 35 g; 
− Uma das frações de 35 g foi moída em um moinho de panela durante 15 minutos; 
 87
− O material moído foi totalmente passado na peneira # 200 (75 µm). Novas 
moagens foram realizadas, quando necessário, para que a totalidade do material 
passasse pela peneira supracitada; 
− Vinte gramas do material obtido foi novamente quarteado em um quarteador 
modelo QUANTACHROME Rotary Micro Riffler. Nessa operação obteve-se 8 
frações de aproximadamente 2,5 g divididas em 8 tubos de ensaio; 
− O material contido em 5 tubos de ensaio (aproximadamente 12,5 g) foi utilizado 
nos ensaios de picnometria com hélio; 
− O material contido em 2 tubos de ensaio (aproximadamente 5 g) foi utilizado no 
ensaio de difração de raios X; 
− O material contido em 1 tubo de ensaio (aproximadamente 2,5 g) foi utilizado 
nos ensaios de análise térmica (TGA e DTA). 
 
A amostra utilizada no ensaio de adsorção de nitrogênio (BET) foi preparada da 
seguinte maneira: 
− A segunda fração de 35 g obtida inicialmente foi quarteada novamente em um 
quarteado Jones Riffler, dando origem a duas amostras de aproximadamente 17,5 
gramas; 
− Uma das frações de 17,5 g foi moída em um moinho de panela durante 3 
minutos; 
− O material moído foi totalmente passado na peneira # 150 (150 µm). Uma parcela 
desse material ficou retida na peneira # 200 (75 µm). Aproximadamente 10 g do 
material retido nessa peneira foi separado; 
− Os 10 g do material retido na peneira # 200 (75 µm) foram novamente quarteados 
em um quarteador modelo QUANTACHROME Rotary Micro Riffler. Nessa 
operação obteve-se 8 frações de aproximadamente 1,25 g divididas em 8 tubos de 
ensaio; 
− O material contido em 2 tubos de ensaio (aproximadamente 2,5 g) foi utilizado 
no ensaio de adsorção de nitrogênio (BET). 
 
Pedaços de argamassa de dimensão média entre 0,5 cm e 1,0 cm foram utilizados para 
os ensaios de picnometria com mercúrio. Para a realização dos ensaios de porosimetria 
 88
de mercúrio, 30 g de argamassa com dimensão média máxima de 3 mm foram secas em 
estufa a uma temperatura de 100oC por um período de 8 horas. Apresenta-se a seguir os 
ensaios realizados com asamostras dos concretos nas idades especificadas. 
 
 
a) Identificação das fases presentes: 
 
• Ensaio: Difração de Raios X 
- Amostras: amostra pulverizada < 38 μm (passante na peneira # 400). 
- Amostras: C30 (3, 7, 28, 56 e 91 dias) - CP II-E-32 
C30 (3, 7, 28, 56 e 91 dias) - CP III-32 
C40 (3, 7, 28, 56 e 91 dias) - CP II-E-32 
C40 (3, 7, 28, 56 e 91 dias) - CP III-32 
- Equipamento: Philips - Modelo PW 1810 (tubo de cobre, 40 kV). 
 
• Análises Térmicas 
- Amostras: amostra pulverizada < 38 μm (passante na peneira # 400). 
- Amostras: C30 (3, 7, 28, 56 e 91 dias) - CP II-E-32 
C30 (3, 7, 28, 56 e 91 dias) - CP III-32 
C40 (3, 7, 28, 56 e 91 dias) - CP II-E-32 
C40 (3, 7, 28, 56 e 91 dias) - CP III-32 
- Equipamento: Shimadzu - Modelos TGA-50H e DTA-50. 
 
• Análise de Microscopia 
- Ensaio: Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) 
- Equipamento: JEOL - Modelo JSM-6360LV equipado com EDS 
THERMONORAN - Modelo QUEST. 
 
 
 
 
 
 89
b) Caracterização da estrutura de vazios: 
 
• Ensaio: Picnometria com Hélio 
- Amostras: C30 (3, 7, 28, 56 e 91 dias) - CP II-E-32 
 C30 (3, 7, 28, 56 e 91 dias) - CP III-32 
 C40 (3, 7, 28, 56 e 91 dias) - CP II-E-32 
 C40 (3, 7, 28, 56 e 91 dias) - CP III-32 
- Equipamento: QUANTACROME STEREOPYCNOMETER - Modelo SPY-3. 
 
• Ensaio: Picnometria de Mercúrio 
- Amostras: C30 (3, 7, 28, 56 e 91 dias) - CP II-E-32 
 C30 (3, 7, 28, 56 e 91 dias) - CP III-32 
 C40 (3, 7, 28, 56 e 91 dias) - CP II-E-32 
 C40 (3, 7, 28, 56 e 91 dias) - CP III-32 
- Equipamento: Frascos volumetricamente aferidos. 
 
• Ensaio: Porosimetria por Intrusão de Mercúrio (MIP) 
- Amostras: C30 (3, 7, 28, 56 e 91 dias) - CP II-E-32 
 C30 (3, 7, 28, 56 e 91 dias) - CP III-32 
 C40 (3, 7, 28, 56 e 91 dias) - CP II-E-32 
 C40 (3, 7, 28, 56 e 91 dias) - CP III-32 
- Equipamento: MICROMERITICS AUTOPORE III. 
 
• Ensaio: Adsorção de Nitrogênio (BET) 
- Amostras: C30 (3, 7, 28, 56 e 91 dias) - CP II-E-32 
 C30 (3, 7, 28, 56 e 91 dias) - CP III-32 
 C40 (3, 7, 28, 56 e 91 dias) - CP II-E-32 
 C40 (3, 7, 28, 56 e 91 dias) - CP III-32 
- Equipamento: QUANTACROME AUTOSORB. 
 
 
 
 90
3.2 Técnicas de Caracterização e Análise Microestrutural dos Materiais 
 
Algumas das técnicas de caracterização da microestrutura do concreto e de seus 
constituintes, utilizadas na parte experimental deste trabalho, são comentadas neste item 
por não fazerem parte das técnicas corriqueiramente utilizadas pelos engenheiros 
especializados em análise estrutural. Tais técnicas, já largamente utilizadas em outras 
áreas, tais como, metalurgia, geologia e engenharia de materiais, possibilitam a 
obtenção de informações altamente qualificadas de um material aumentando a qualidade 
das pesquisas. 
 
3.2.1 Espectroscopia Atômica de Raios X 
 
Espectroscopia é um termo geral para a ciência que estuda a interação dos diferentes 
tipos de radiação com a matéria. A espectroscopia atômica de raios X, da mesma forma 
que a espectroscopia óptica, está baseada nas medidas de emissão, absorção, 
espalhamento, florescência e difração da radiação eletromagnética. Tais medidas 
fornecem muitas informações úteis sobre a composição e a estrutura da matéria. 
 
A radiação eletromagnética é produzida quando uma partícula excitada (átomos, íons ou 
moléculas) relaxa para níveis de energia mais baixos, fornecendo seu excesso de energia 
como fótons. Os raios X podem ser definidos como uma radiação eletromagnética de 
comprimento de onda compreendida na faixa de cerca de 10-6 mm a 10 nm, produzida 
pela desaceleração de elétrons de alta energia ou pelas transições de elétrons dos 
orbitais dos átomos. A espectroscopia convencional de raios X utiliza tal radiação na 
região de 0,01 mm a 2,5 nm (SKOOG et al., 2002). 
 
A Figura 3.1 apresenta uma representação esquemática de um tubo de raios X também 
chamado de tubo de Coolidge. Uma fonte de raios X é um tubo sob alto vácuo no qual é 
montado um cátodo constituído de filamento de tungstênio e um ânodo volumoso. O 
ânodo geralmente é feito de um bloco pesado de cobre com o alvo metálico depositado 
ou incrustado na superfície do cobre. Os materiais do alvo incluem metais como 
tungstênio, cromo, cobre, molibdênio, ródio, escândio, prata, ferro e cobalto. São usados 
 91
circuitos separados para aquecer o filamento e para acelerar os elétrons contra o alvo. O 
circuito de aquecimento fornece meios para o controle da intensidade dos raios X 
emitidos, enquanto que o potencial de aceleração determina a sua energia, ou 
comprimento de onda. 
 
A produção de raios X pelo bombardeamento de elétrons é um processo altamente 
ineficiente. Menos de 1% da potência elétrica é convertida em potência radiante, o 
remanescente é dissipado sob forma de calor. Em conseqüência, até recentemente, nos 
tubos de raios X, era requerido o resfriamento do ânodo com o uso de água. Com os 
equipamentos modernos, entretanto, o resfriamento é quase sempre desnecessário 
porque os tubos podem operar em potências significativamente menores que os 
primeiros. Essa redução de potência tornou-se possível pela alta sensibilidade dos 
modernos transdutores de raios X. 
 
 
Figura 3.1 - Esquema de um tubo de raios X. (Fonte: SKOOG et al., 2002). 
 
A máxima energia fotônica gerada corresponde à desaceleração instantânea do elétron 
em uma simples colisão. Este evento é descrito pela lei de Duane-Hunt, conforme 
apresentado na expressão abaixo: 
 92
 eVhch .
0
0 == λ
ν , (3.3) 
 
onde é o produto da voltagem de aceleração pela carga do elétron, ou seja, a 
energia cinética de todos os elétrons no feixe, h é a constante de Planck, e c a 
velocidade da luz. A quantidade ν0 é a máxima freqüência de radiação que pode ser 
produzida na voltagem V, e λ0 é o limite mais baixo do comprimento de onda da 
radiação. 
eV .
 
Fluorescência de Raios X 
 
A teoria quântica proposta em 1900 por Max Planck para explicar as propriedades da 
radiação emitida por corpos aquecidos inclui dois postulados importantes: 
 
1. Átomos, íons e moléculas podem existir somente em certos estados discretos, 
caracterizados por quantidades definidas de energia. Quando uma espécie altera seu 
estado, absorve ou emite uma quantidade de energia exatamente igual à diferença de 
energia entre os estados. 
 
2. Quando átomos, íons ou moléculas absorvem ou emitem radiação ao efetuar uma 
transição de um estado de energia para outro, a radiação de freqüência ν ou de 
comprimento de onda λ está relacionada com a diferença de energia entre os dois 
estados pela equação 
 
 
λ
ν hchEE ==− 01 , (3.4) 
 
onde E1 é a energia do estado mais alto e E0 é a energia do estado mais baixo. Os 
termos c e h são a velocidade da luz e a constante de Planck, respectivamente. 
 
Para átomos ou íons no estado elementar, a energia de um dado estado provém do 
movimento dos elétrons em torno do núcleo positivamente carregado. Como 
 93
conseqüência, os vários estados energéticos são chamados de estados eletrônicos. O 
estado de menor energia de um átomo é o estado fundamental. Os estados de energia 
mais altos são os estados excitados. 
 
A absorção de raios X produz átomos ou íons eletronicamente excitados que retornam 
ao estado fundamental por transições que envolvem elétrons de níveis de mais alta 
energia. Nesse processo, são emitidos raios X (fluorescência) de comprimento de onda 
idênticos àqueles que resultaram da excitação produzida pelo bombardeamento de 
elétrons. Os comprimentos de onda das linhas de fluorescência são sempre um pouco 
maiores do que o comprimento de onda correspondente à borda de absorção. Isto ocorre 
porque a absorção requer a remoção completa do elétron (ou seja, a ionização), 
enquanto a emissãoenvolve transições de um elétron de um nível de energia mais alto 
do átomo. 
 
A fluorescência de raios X (FRX) é um dos métodos analíticos mais usados na 
identificação qualitativa dos elementos com número atômico maior que o oxigênio (>8). 
Os elementos na amostra são excitados pela absorção do feixe primário e emitem suas 
linhas características de fluorescência de raios X. Essa técnica é também 
freqüentemente empregada em análise elementar semiquantitativa ou quantitativa. Uma 
vantagem particular da FRX é que, em contraste com a maioria das outras técnicas de 
análise elementar, é uma técnica não destrutiva da amostra (SKOOG et al., 2002). 
 
Difração de Raios X 
 
Todos os tipos de radiação eletromagnética sofrem difração, um processo no qual um 
feixe paralelo de radiação é deformado ao passar por uma barreira de borda definida ou 
através de uma abertura estreita. 
 
A radiação X é espalhada ao passar por um material em decorrência da interação entre 
seu campo elétrico e os elétrons do respectivo material. Quando os raios X são 
espalhados pela estrutura atômica bem ordenada de um cristal, surgem interferências 
(construtivas e destrutivas) entre os raios espalhados. Isso ocorre porque as distâncias 
 94
entre os centros espalhadores são da mesma ordem de grandeza que o comprimento de 
onda da radiação, sendo o resultado de tal efeito a difração. 
 
Quando um feixe de raios X atinge a superfície de um cristal em um ângulo θ, uma 
parte é espalhada pela camada dos átomos na superfície. A porção não espalhada 
penetra a segunda camada de átomos onde novamente uma fração é espalhada, e o 
restante passa para a terceira camada, como mostra a Figura 3.2. O efeito acumulado do 
espalhamento da radiação pela estrutura atômica do cristal é a difração do feixe. As 
condições necessárias para os raios X sofram difração são (SKOOG et al., 2002): 
 
1. O espaçamento entre as camadas de átomos deve ser da mesma ordem de grandeza 
que o comprimento de onda da radiação; 
2. Os centros espalhadores devem estar espacialmente distribuídos em um arranjo 
altamente regular. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 3.2 - Difração de raios X em um cristal. (Fonte: SKOOG et al., 2002). 
 
Este evento é descrito pela lei Bragg (1912), conforme apresentado na expressão 
abaixo: 
 
 θλ sen.2dn = , (3.5) 
 
onde n é um número inteiro, λ o comprimento de onda , d a distância entre os planos 
cristalográficos e θ o ângulo incidente. 
 95
 
A difração de raios X (DRX) fornece um meio conveniente e prático para a 
identificação qualitativa de compostos cristalinos. O método de difração de raios X 
usando amostra policristalina, ou método do pó, é único, porque somente este método 
analítico é capaz de fornecer informação qualitativa e quantitativa sobre os compostos 
presentes em uma amostra sólida. No método do pó a amostra deve estar moída na 
granulação máxima de 80 μm (RIBAS, 1996) e se baseia no fato de que o padrão de 
difração de raios X é único para cada substância cristalina. Assim, se é encontrada uma 
concordância exata entre o padrão produzido pela amostra desconhecida e o de uma 
amostra conhecida, então a identidade química da amostra desconhecida pode ser 
atribuída (SKOOG et al., 2002). 
 
 
3.2.2 Análises Térmicas 
 
Segundo MACKENZIE (1979), análises térmicas são um grupo de técnicas nas quais 
uma propriedade física de uma substância e/ou de seus produtos de reação é medida 
em função da temperatura, enquanto a substância é submetida a uma variação de 
temperatura controlada. Diversas são as propriedades possíveis de serem avaliadas 
(físicas, termodinâmicas, mecânicas, óticas, magnéticas, elétricas, acústicas), mas as 
análises principais são as associadas à avaliação de variação de massa, temperatura, 
entalpia e dimensões (MANSUR, 2001). Trata-se de uma série de técnicas tais como 
análise termogravimétrica (TGA – Thermogravimetric Analysis), análise térmica 
diferencial (DTA – Differential Thermal Analysis), análise calorimétrica diferencial 
(DSC – Differential Scanning Calorimetry), análise dilatométrica (TD – 
Thermodilatometry), entre outras. 
 
Segundo HANDOO (1999), uma combinação de DTA e TGA tem se mostrado eficiente 
no estudo de materiais cimentícios. Essas técnicas são utilizadas tanto para caracterizar 
as matérias-primas da fabricação do cimento quanto para estudar suas propriedades tais 
como a taxa e extensão de hidratação de seus compostos. 
 
 96
Análise Termogravimétrica (TGA) 
 
A análise termogravimétrica consiste na medida da massa da amostra em função da 
temperatura ou do tempo. Registra-se a variação da massa de uma amostra colocada em 
uma atmosfera controlada, enquanto se varia a temperatura do forno segundo uma taxa 
pré-estabelecida. O gráfico massa ou percentagem da massa como uma função do tempo 
é chamado termograma, ou curva de decomposição térmica (SHIMADZU, 1989a). Os 
principais tipos de curvas termogravimétricas podem ser visualizados na Figura 3.3. 
 
Figura 3.3 - Principais tipos de curvas de TGA (a) Ausência de decomposição com 
liberação de voláteis. (b) Curva característica de processos de dessorção 
e secagem. (c) Decomposição em um único estágio. (d) e (e) 
Decomposição em vários estágios. (f) Reação com aumento de massa, 
e. g. oxidação. (Fonte: MANSUR., 2002) 
 
 97
 
A aplicação da TGA é limitada na medida em que nem todos os eventos térmicos 
possíveis de ocorrer no material em análise ocorrem acompanhados de variações de 
massa como, por exemplo, transições de fase no estado sólido, fusão e polimerização 
(MANSUR, 2001). 
 
A Figura 3.4 mostra a ilustração esquemática de uma termobalança. Os vários 
equipamentos termogravimétricos disponíveis no mercado são capazes de fornecer 
informações quantitativas sobre amostras com massa de 1 mg até 100 g. Os 
equipamentos mais comuns, porém, trabalham em uma faixa de 5 g a 20 g. 
 
Figura 3.4 - Componentes de uma termobalança. (A) braço; (B) suporte para amostra e 
forno; (C) contrapeso; (D) lâmpada e fotodiodos; (E) bobina; (F) magneto; 
(G) amplificador de controle; (H) calculador de tara; (I) amplificador; (J) 
registrador. (Fonte: SKOOG et al., 2002). 
 
 
 98
Quando o peso da amostra varia pelo aquecimento ocorre uma deflexão no braço. Esta 
deflexão é detectada pelo dispositivo fotoelétrico e amplificada de modo a alimentar 
uma bobina situada entre os pólos de um magneto permanente. O campo magnético 
gerado pela corrente na bobina retorna a barra à sua posição original (método da posição 
zero). Assim, como o torque está relacionado em proporção direta com a corrente, 
variações de massa precisas podem ser medidas continuamente (SKOOG et al., 2002). 
 
A análise térmica diferencial (DTA – Derivative Thermogravimetric) fornece um 
aumento da resolução das curvas de TGA mais complexas, colocando os resultados na 
forma diferencial (Δmassa/Δtempo – dm/dt). As análises DTA são capazes de mostrar 
pequenas variações nas curvas de TGA além de que as temperaturas do início e do fim 
dos picos obtidos pela DTA correspondem ao começo e ao fim das transformações 
conforme mostrado na Figura 3.5 (MANSUR, 2001). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 3.5 - Comparação de curvas (a) TGA e (b) DTA. (Fonte: MANSUR., 2002). 
 99
Análise Térmica Diferencial (DTA) 
 
Na análise térmica diferencial (DTA), cujo esquema pode ser visto nas Figuras 3.6 e 
3.7, a diferença de temperatura (ΔT) entre a amostra e um material de referência é 
medida como uma função da temperatura, enquanto ambos são submetidos a um mesmo 
tratamento térmico (SHIMADZU, 1989b); (SKOOG et al., 2002); (MANSUR, 2001). 
 
Figura 3.6 - Representação esquemática do arranjo de um DTA (TC = Termopar). 
(Fonte: SKOOG et al., 2002). 
 
 
Figura 3.7 - Ts indica a temperatura da amostra,Tr a temperatura do material de 
referência e q representa a energia fornecida ao sistema. (Fonte: 
MANSUR., 2002). 
 
 100
O material de referencia possui comportamento conhecido nas condições do tratamento 
térmico variando sua temperatura de modo linear ao longo do processo de aquecimento. 
A amostra, no entanto, pode passar por transformações endotérmicas ou exotérmicas, 
detectadas pelo monitoramento contínuo da variação da temperatura da amostra e da 
referência (ΔT = Ts –Tr) e apresentadas em um gráfico ΔT x T conhecido como 
Termograma Diferencial conforme visto na Figura 3.8. Uma amostra, passando, por 
exemplo, por uma transformação endotérmica, consumirá boa parte ou até mesmo a 
totalidade da energia fornecida pelo forno para o rearranjo molecular interno, 
permanecendo com a temperatura constante e inferior à do material de referência, 
gerando uma ΔT < 0 (Tr > Ts) que será representado por um pico negativo no 
Termograma Diferencial. Caso a amostra passe por uma transformação exotérmica 
teremos ΔT > 0 sendo representado por um pico positivo. 
 
 
Figura 3.8 - Esquema de um termograma diferencial de um cimento branco mostrando 
a decomposição aos 400oC do Ca(OH)2 formado por exposição ao ar, a 
reação exotérmica típica de cimentos aos 600oC e a decomposição da 
calcita entre 800-900oC. (Fonte: BORGES, 2002). 
 
Tanto variações físicas quanto reações químicas, induzidas na amostra pela variação da 
temperatura, são responsáveis pelo surgimento de picos na DTA. Os processos físicos 
que são endotérmicos incluem fusão, vaporização, sublimação, absorção e dessorção. 
Dentre os eventos endotérmicos usualmente verificados estão a perda de água capilar e 
de constituição e a decomposição de carbonatos. Adsorção e cristalização são 
geralmente exotérmicas. Reações químicas podem ser exotérmicas (oxidação em ar ou 
 101
oxigênio e polimerização) ou endotérmicas (desidratação, redução em atmosfera inerte, 
decomposição, etc.) (RIBAS, 1996). 
 
 
3.2.3 Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) 
 
A resolução da microscopia óptica é limitada por efeitos de difração à ordem de 
grandeza do comprimento de onda da luz (SKOOG et al., 2002). A técnica de 
microscopia eletrônica de varredura (MEV ou na sigla inglesa SEM – Scanning 
Electron Microscope) permite a obtenção de uma imagem ampliada (até 200.000 vezes) 
e tri-dimensional da amostra a partir da interação de um feixe de elétrons com o 
material, desde que este seja não transparente aos elétrons (MENEGAZZO, 2001). 
Pode-se atingir com a MEV uma resolução da ordem de 30 Å, o que chega a ser cerca 
de 300 vezes maior que a obtida com os microscópios ópticos (ANDRADE e VEIGA, 
1998). 
 
O feixe de elétrons (elétrons primários) gerado por efeito termo-iônico em um filamento 
de tungstênio, é acelerado por meio de uma diferença de potencial e colimado através de 
uma coluna óptico-eletrônica sendo conduzida à câmara que contém a amostra. Este 
feixe de elétrons ao incidir em um ponto da amostra gera uma série de emissões de 
sinais elétricos que por sua vez irão gerar as imagens. Os sinais emitidos encontram-se 
sob a forma de elétrons (secundários, retroespalhados, absorvidos, transmitidos, 
difratados, etc.) e de fótons (fotoluminescentes e raios X), os quais são captados por 
detectores apropriados, sendo amplificados e processados num sistema analisador 
específico para cada tipo de sinal (RIBAS, 1996). 
 
Na microscopia eletrônica de varredura, os sinais mais utilizados para a obtenção de 
imagens, são os elétrons secundários, elétrons retroespalhados e os raios X, conforme 
pode ser observado na Figura 3.9. 
 
 102
 
Figura 3.9 - Sinais resultantes da interação do feixe de elétrons primários com a 
amostra. (Fonte: MANSUR, 2002). 
 
Os elétrons secundários (SE - Secondary electrons) são resultantes da interação 
inelástica do feixe primário com a amostra e são tipicamente pouco energéticos (menos 
que 50 eV). Uma vez que se originam próximos à superfície da amostra (profundidades 
menores que 10 nm) são de grande utilidade na obtenção da topografia, possibilitando a 
formação de imagens tridimensionais e a visualização de detalhes da microestrutura de 
poros e de interstícios entre as partículas. Fornecem imagens com boa profundidade de 
foco para aumentos entre 10 e 100.000 vezes (KIHARA e ZAMPIERI, 1988; 
MANSUR, 2001; PHYS, 2005). 
 
Os elétrons retroespalhados (BSE - Backscattered Electrons) são decorrentes de 
interações aproximadamente elásticas (interações com mudança de direção sem perda 
acentuada de energia), com o núcleo dos átomos da amostra. Estes elétrons de alta 
energia (por convenção 50 eV até a voltagem de aceleração do feixe primário), resultam 
em um elevado volume específico de interação e em uma imagem com menos resolução 
que a originada pelo SE. O coeficiente de retroespalhamento varia diretamente com o 
número atômico do material focalizado, possibilitando obter, além de imagens 
tridimensionais, informações quanto à composição química da zona irradiada. Permitem 
obter imagens com controle de tonalidades, indicando composição química diferenciada 
dando idéia da heterogeneidade da amostra. Materiais com número atômico mais alto 
(Fe, Ti, Mn, Cr) apresentam-se com tonalidades mais claras que aqueles com número 
 103
atômico mais baixo (Si, Al, e Mg). São indicados aumentos de até 2.000 vezes 
(KIHARA e ZAMPIERI, 1988; MANSUR, 2001). 
 
Raios X característicos permitem a obtenção de um mapa de imagem da distribuição de 
um elemento em uma amostra não-homogênea ou a determinação da composição 
química da micro-região. 
 
Os microscópios eletrônicos de varredura podem possuir equipamento de microanálise 
acoplado (EDS - Energy Dispersive Spectrometer ou WDS - Wavelength Dispersive 
Spectrometer) permitindo a obtenção de informações químicas em áreas da ordem de 
micrometros. As informações, qualitativas e quantitativas, sobre os elementos presentes 
são obtidas pela captação dos raios X característicos resultantes da interação do feixe 
primário com a amostra (MANSUR, 2001; MENEGAZZO, 2001).Tais análises 
permitem uma melhor avaliação e compreensão da microestrutura e composição das 
fases do clínquer, das adições do cimento, do processo de hidratação, da zona de 
transição cimento-agregado, dos mecanismos de geração e propagação de fissuras e dos 
fatores de durabilidade do concreto (KIHARA e ZAMPIERI, 1988). 
 
A principal desvantagem do EDS é a impossibilidade tanto da distinção entre espécies 
iônicas, não-iônicas e isotrópicas, quanto da detecção de elementos de baixo número 
atômico (Z < 6). 
 
O fato dos materiais cerâmicos apresentarem baixa condutividade térmica e elétrica faz 
com que seja necessário revestí-los com uma fina película condutora, a fim de se evitar 
a geração de cargas eletrostáticas danosas à qualidade da imagem (fenômenos de 
descarga) e permitir a dissipação do calor produzido pelo bombardeamento eletrônico. 
O revestimento da superfície da amostra, pela deposição de um filme de 10 a 20 nm de 
espessura, é obtida por evaporação a vácuo (10-2 Pa), à alta tensão, de metais como Al, 
Cu, Ni, Pt, Au, etc. Muitas vezes, o C é preferível por sua baixa capacidade de absorção 
de raios X, transparência na espessura empregada, facilidade de remoção, pequeno 
interesse nas determinações de rotina e baixo custo econômico. A preparação da 
amostra pode gerar muitos problemas de observação e análise, também pelo fato de que 
 104
ela deve passar por um processo de secagem, que pode alterar a microestrutura (RIBAS, 
1996). 
 
3.2.4 Adsorção de Nitrogênio (BET) 
 
Os ensaios de adsorção de nitrogênio juntamente com o método Blaine, são os dois 
métodos mais empregados para medição da área superficial específica dos materiais 
cimentícios. A área superficial específica (ASE) de um material é influenciada não 
somente pela distribuição granulométrica das partículas, mas tambémpela sua forma e 
rugosidade superficial, bem como pela distribuição de poros existente. O ensaio de 
adsorção de nitrogênio também é utilizado para a análise dos poros de no máximo 
100 nm (BRANDÃO, 2004). 
 
Nos ensaios de adsorção de nitrogênio, também chamados de ensaios de condensação 
capilar, mede-se a massa do N2 adsorvido (adsorvato), através de processos físico-
químicos, em uma superfície sólida (adsorvente), a uma pressão de vapor de equilíbrio, 
pelo método volumétrico estático. Os dados são obtidos pela admissão e posterior 
remoção de uma quantidade conhecida de gás em um porta-amostra contendo o sólido 
adsorvente mantido a uma temperatura constante abaixo da temperatura crítica do 
adsorvato (são necessárias baixas temperaturas para uma boa adsorção do N2 na 
superfície do material). 
 
A área superficial específica é calculada a partir das isotermas de adsorção de nitrogênio 
através do método BET (iniciais de Brunauer, Emmett e Teller). Este método utiliza 
uma expressão conhecida como equação de BET: 
 
 ⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛−
+=
− OmmO P
P
W
C
CWPPW
.1
.
1
1)/[(
1 , (3.6) 
 
onde W é o peso do gás adsorvido na pressão relativa Po, Wm é o peso do gás absorvido 
ao se constituir uma superfície coberta por uma monocamada e C é uma constante que 
 105
indica a interação entre adsorvente e adsorvato. O valor de C é característico de cada 
material para um determinado adsorvato, significando a energia de adsorção da primeira 
camada adsorvida (QUANTACHROME, 1994). 
 
A equação BET requer um gráfico linear para 1/W[(Po/P)-1] vs. P/Po, o que, para 
muitos sólidos, usando nitrogênio como adsorvato, é restrito a uma região da isoterma 
de adsorção, geralmente na faixa de 0,05 a 0,35 de P/Po. Tomando-se no mínimo três 
pontos desta porção linear da isoterma de adsorção, é possível calcular Wm, por meio de 
um procedimento conhecido como “Multipoint BET Method” através da inclinação (s) e 
do intercepto (i) desta reta: 
 
 
 
CW
Cs
m .
1−
= ; 
CW
i
m .
1
= ; 
1+
=
i
sC e 
is
Wm +
=
1 (3.7) 
 
 
A área superficial total (St) será calculada por: 
 
 
 
M
ANW
S pamt
..
= , (3.8) 
 
 
onde N é o número de Avogadro (6,023 x 1023 moléculas/mol), M é a massa molecular 
do adsorvato e Apa é a área projetada da molécula do adsorvato (para o N2, Apa = 16,2Å2 
a 77K). 
 
Pastas de cimento muito densas não respondem bem à adsorção de nitrogênio, por um 
lado porque na temperatura do nitrogênio líquido a difusão de vapor através de poros 
muito finos é muito lenta, e por outro lado porque a condensação capilar pode não 
ocorrer em algumas regiões, levando a medidas equivocadas da área superficial do 
material (DIAMOND, 1989). 
 106
 
A área superficial específica (S) do sólido pode ser calculada a partir da área superficial 
total (St) e do peso da amostra (Wa), conforme a equação abaixo: 
 
 
a
t
W
S
S = , (3.9) 
 
O ensaio de adsorção de nitrogênio geralmente é realizado controlando-se a temperatura 
da amostra e, por isso, as curvas obtidas são chamadas de isotermas de adsorção. O 
processo de adsorção/dessorção de um gás em uma amostra porosa gera um ciclo de 
histerese e a análise deste ciclo permite calcular o volume total de poros e o tamanho 
médio dos poros (RIGO, 1998). 
 
A obtenção da área superficial pelo método Blaine foi introduzida pela indústria 
cimenteira e hoje já é também utilizado na caracterização de materiais finos da indústria 
siderúrgica. O aparelho de medida é denominado permeabilímetro de Blaine porque 
mede permeabilidade do meio (no caso, das partículas). A área superficial é calculada 
em função do tempo necessário para que um volume de ar passe, sob uma taxa 
decrescente, através de uma amostra compacta. O aparelho é calibrado empiricamente e 
o método, ainda que não seja absoluto, é muito simples de ser realizado. Os resultados 
gerados são menores que os obtidos por meio do método BET (NBR 7224:1993; 
BRANDÃO, 2004; TAYLOR, 1997). 
 
Outro método utilizado na determinação da área superficial de cimentos é o do 
turbidímetro de Wagner. Esse método indica resultados bastante baixos uma vez que 
assume erroneamente que o diâmetro médio das partículas menores de 7,5 μm é 3,8 μm 
(TAYLOR, 1997). 
 
TAYLOR (1997) mostra também que a área superficial pode também ser calculada a 
partir de uma curva de distribuição de tamanho de partículas. 
 
 
 107
3.2.5 Porosimetria por Intrusão de Mercúrio (MIP) 
 
O método de porosimetria por intrusão de mercúrio (MIP - Mercury Intrusion 
Porosimetry) se baseia no fato de que um líquido sob pressão irá penetrar em um sólido 
poroso. Considerando-se um líquido que não causa molhamento, como o mercúrio, e 
poros cilíndricos, a pressão P necessária para forçar sua penetração nos poros é dada 
pela equação de Washburn ou Laplace-Young (BRANDÃO, 2004; TAYLOR, 1997): 
 
Equação de Washburn: 
D
P αγ cos..4−= , (3.10) 
 
Equação de Laplace-Young: 
P
R αγ cos..2−= , (3.11) 
 
onde R é o raio mínimo penetrado pelo mercúrio, P é a pressão hidrostática aplicada, γ a 
tensão superficial do mercúrio (485 x 10-7 MPa) e α é o ângulo de contato do mercúrio 
com o sólido (freqüentemente em torno de 130o). Vê-se que γ e α são constantes e que a 
determinação da distribuição dos poros é dada pela combinação R x P (BORGES, 
2002). Os poros raramente são cilíndricos e, por isso, as equações acima constituem um 
modelo particular. 
 
O mercúrio apresenta alta tensão superficial e não molha os outros materiais, com 
exceção de poucos metais nobres. Esta propriedade leva à área superficial mínima de 
contato do mercúrio com um sólido e, portanto, ao maior raio de curvatura possível em 
uma dada pressão. Um aumento da pressão sobre o mercúrio desloca o balanceamento 
entre tensão superficial e área superficial na direção de um menor raio de curvatura do 
mercúrio. Quando o raio de curvatura é igual ao da reentrância do poro, o mercúrio 
preencheu o volume interior do poro (SKOOG et al., 2002, RIGO, 1998). A pressão 
mínima aplicada é da ordem de 400 MPa, a qual permite que poros de diâmetros abaixo 
de 3,5 nm sejam penetrados (BRANDÃO, 2004; TAYLOR, 1997, BORGES, 2002). 
 
A técnica consiste na colocação da amostra em um recipiente impermeável chamado 
penetrômetro, que posteriormente é submetido a vácuo e preenchido com mercúrio. 
 108
Aplica-se pressão ao mercúrio em incrementos crescentes. A cada acréscimo de pressão, 
o volume aparente do conjunto (mercúrio + amostra) é medido. A baixa pressão, o 
mercúrio só pode ser empurrado para os canais dos poros de diâmetros maiores na 
amostra e a variação de volume é pequena. Com o aumento da pressão, pequenos canais 
dos poros são preenchidos resultando em uma grande variação de volume (RIGO, 
1998). 
 
Segundo BORGES (2002), resultados típicos mostram que a distribuição de poros se 
move para valores menores à medida que as reações de hidratação de uma pasta de 
cimento vão acontecendo. A porosidade observada varia entre 3 nm e 1000 nm para 
pastas de idades recentes e entre 3 nm e 100 nm para pastas maduras. 
 
GERHARDT (1989) e TANG e NILSSON (1995), afirmam que a porosimetria de 
mercúrio não é a técnica que melhor permite o acesso à estrutura de poros de 
argamassas, concretos e pastas de cimento, mas é aquela que cobre mais 
aproximadamente toda a faixa de porosidade existente. Ao adotar a equação de 
Washburn e, portanto, considerar que os poros são cilíndricos, a técnica assume ummodelo geométrico que não corresponde exatamente à configuração real dos poros da 
argamassa, que possui diversas classes de poros em um arranjo bastante complexo. 
Distorções no tamanho dos poros também podem ocorrer, por exemplo, caso os poros 
grandes sejam penetrados a partir de poros pequenos, fazendo com que aqueles sejam 
registrados no ensaio como sendo poros pequenos (TAYLOR, 1997). Além disso, há 
duas hipóteses embutidas na técnica experimental, utilizadas na interpretação dos 
resultados (volume introduzido vs. pressão); (DIAMOND, 1989): 
 
a) hipótese de apresentação: os poros estão distribuídos espacialmente em um arranjo 
tal que poros com diâmetros maiores localizam-se mais próximos à superfícies, e 
poros com diâmetros cada vez menores vão aparecendo em camadas sucessivas até 
o interior da amostra. 
 
b) hipótese de interconexão: o mercúrio atravessa poros cada vez menores sem que 
ocorra constrição desses poros. 
 109
 
Somado ao fato do modelo adotado não corresponder à estrutura de vazios real da 
argamassa, DIAMOND (1989) ainda aponta outros problemas importantes relativos à 
manipulação da amostra e ao ensaio em si. A amostra de material cimentício deve estar 
seca para a realização do ensaio, e parece que a secagem direta altera substancialmente 
a microestrutura do material. Alguns pesquisadores só realizam a secagem após 
substituir a solução do interior dos poros por outro fluido, evitando assim, em teoria, 
que durante a secagem ocorram transformações físico-químicas nas paredes dos poros e, 
eventualmente, até a obstrução de alguns deles (FELDMAN e BEAUDAIN, 1991). 
Porém, surgem novas dúvidas sobre o melhor fluido para realizar esta substituição e 
ainda se esta nova técnica não alteraria a microestrutura em uma direção diferente. 
Outro problema diz respeito ao ângulo de contato, adotado como constante, mas que 
parece variar com diferentes tipos de pastas de cimento, processos de secagem e com o 
aumento da pressão durante o ensaio. Além disso, os ângulos de intrusão e extrusão são 
diferentes (RIGO, 1998). 
 
O ensaio é dividido em duas etapas: uma de baixa pressão e outra de alta pressão 
(RIGO, 1998). Na etapa de baixa pressão ocorre a intrusão dos poros maiores durante o 
preenchimento do penetrômetro e esses poros já não serão contabilizados como vazios 
do material. No final do ensaio, já na etapa de alta pressão, a “distribuição de tamanhos” 
de poros fica limitada pela capacidade da máquina. A pressão final não pode ser 
excessivamente alta pois pode ocorrer a solidificação do mercúrio. TAYLOR (1997) 
adverte também para a possibilidade da destruição da delicada estrutura de poros da 
pasta pela alta pressão aplicada o que levaria a uma distorção dos resultados. 
WINSLOW (1989) sugere substituir o mercúrio puro por soluções de mercúrio, que 
permitiriam realizar ensaios com pressões bem menores. O líquido ideal para a intrusão 
seria aquele que tivesse ângulo de contato não muito superior a 90o e baixa tensão 
superficial. 
 
Segundo BORGES (2002), os valores encontrados pela MIP diferem daqueles obtidos 
em algumas técnicas de estudo de porosidade através de microscopia eletrônica de 
varredura. Esta última mostra que mesmo em pastas maduras há a presença de poros 
 110
com diâmetro superior a 1 μm, enquanto que a MIP não registra tais valores. Por todos 
esses motivos, não parece conveniente referir-se à curva “intrusão de mercúrio vs. 
pressão" como uma distribuição de tamanho de poros (DIAMOND, 1989). Porém, a 
técnica se presta muito bem em estudos comparativos entre concretos (RIGO, 1998). 
 
É importante observar que a porosimetria dá informações sobre poros abertos, ou seja, 
nada pode ser dito sobre poros fechados. O volume total de poros da amostra pode ser 
obtido por via indireta através de ensaios picnométricos. 
 
3.2.6 Picnometria 
 
A picnometria é uma técnica que mede a densidade de um material através do princípio 
de Arquimedes. A diferença entre densidade volumétrica obtida através da picnometria 
de mercúrio e a densidade real obtida através da picnometria de hélio fornece uma boa 
aproximação do volume total de poros do material. 
 
Picnometria de Mercúrio 
 
Devido a alta tensão superficial do mercúrio, este não penetra, à pressão atmosférica, 
nos poros abertos da amostra analisada. A picnometria com mercúrio permite então 
obter a densidade volumétrica do material. 
 
Para a realização do ensaio, utiliza-se um frasco de volume conhecido, que é preenchido 
totalmente com mercúrio antes de passar por uma primeira pesagem. Na seqüência, a 
amostra a ser analisada, cujo peso já deve ter sido determinado, é introduzida no frasco, 
cujo restante do volume ainda deverá estar preenchido com mercúrio. O frasco passa 
por nova pesagem. Pelo princípio de Arquimedes, o volume do material é equivalente 
ao do mercúrio deslocado (obtido pela divisão entre as diferenças de pesos obtidas – 
frasco com e sem a amostra – e a densidade do mercúrio – 13,45 g/cm3). A densidade 
volumétrica do material é determinada pela razão entre o peso da amostra e o volume de 
mercúrio deslocado. 
 
 111
O princípio das picnometrias com água e álcool é idêntico ao da picnometria com 
mercúrio, exceto pelo fato de que nessas últimas, tanto a água quanto o álcool por terem 
tensões superficiais baixas, preenchem os poros abertos das amostras. Com isso, a 
densidade que se obtém é a densidade aparente. 
 
Picnometria com Hélio 
 
Na picnometria com hélio, o princípio é idêntico, diferenciando-se dos demais pela 
utilização de um gás inerte. Nesse caso, a amostra é moída (utiliza-se entre 5 a 7 g de pó 
da amostra do material a ser analisado) e a densidade obtida é a real (considerando 
poros abertos, assim como visto no item anterior). 
 
3.2.7 Granulometria a LASER 
 
Existem diversos métodos de análise granulométrica de materiais particulados, tais 
como peneiramento (partículas com dimensão superior a 38 μm), subpeneiramento 
(dimensão abaixo de 38 μm), método de sedimentação e/ou centrifugação, método de 
resistência elétrica e método de espalhamento de luz (difração a LASER). Todos esses 
métodos possuem suas vantagens e desvantagens, fontes de erros mais comuns e, por 
isso, a aplicação correta do método depende do material a ser estudado (BRANDÃO, 
2004). 
 
Na difração a LASER um feixe de comprimento λ fixo incide sobre cada partícula da 
amostra e é difratado e conduzido a um conjunto de lentes que o redireciona a um 
detetor. Um computador acoplado analisa as diversas franjas recebidas pelo detetor, 
classificando os tamanhos das partículas (BRANDÃO, 2004). 
 
Entre as vantagens da difração a LASER, pode-se destacar a medição de uma ampla 
faixa de partículas (0,04 μm a 2000 μm), rapidez e confiabilidade dos dados, além da 
medição completa da amostra. A técnica é ainda não destrutiva (quando se necessita 
recuperar a amostra) e fundamentada exclusivamente em princípios científicos (não é 
necessária a calibração do equipamento). Finalmente, pode-se medir a distribuição 
 112
granulométrica no máximo em 15 minutos, tornado possível a otimização de processos 
em andamento, permitindo a aplicação “on line” da técnica no processo de moagem do 
cimento (BORGES, 2002). 
 
3.2.8 Lâminas Delgadas 
 
A técnica é idêntica à que vem sendo utilizada há muitos anos pelos geólogos para 
investigação de rochas, minerais, etc. As primeiras lâminas delgadas para concreto 
foram feitas nos anos 50, descrevendo as reações álcali-sílica. De lá para cá, muitos 
trabalhos de caracterização para estudos patológicos do concreto em serviço e o 
desenvolvimento de novos tipos de concreto foram realizados utilizando esta técnica 
(MONTEIRO et al., 1991, BICKLEY et al., 1993, SARKAR, 1993, GILLOTT e 
SOLES, 1993). Pode-se fazer um estudo mais detalhado das fissuras e da porosidade 
caso as lâminas delgadas do concreto sejam confeccionadas com adiçãode tinta 
fluorescente na resina epóxi impregnante, desde que o microscópio petrográfico possua 
um dispositivo de luz ultravioleta (RIGO, 1998). 
 
Uma lâmina delgada, segundo GOMES (1995), cobre uma área de concreto de 
aproximadamente 50 x 30 mm, sendo grande comparada com a área de seus principais 
constituintes (areia, produtos de hidratação do cimento, vazios e microfissuras no 
concreto), mas pequena se comparada com a área dos agregados graúdos e das grandes 
fissuras. 
 
3.3 Equipamentos e Instalações 
 
Para a realização das pesquisas foram utilizados os laboratórios da Escola de 
Engenharia da UFMG. A grande maioria dos equipamentos necessários para a execução 
dos ensaios já se encontravam disponíveis para uso. Parte dos ensaios de difração de 
raios X foram realizados nos laboratórios do Centro Nacional de Energia Nuclear 
(CNEN). 
 
 
4 
 
CARACTERIZAÇÃO E ANÁLISE DOS MATERIAIS 
CONSTITUINTES DOS CONCRETOS 
 
 
 
A variedade e heterogeneidade dos materiais utilizados na fabricação dos concretos 
tornam o estudo de suas propriedades, na maioria das vezes, uma tarefa de caráter 
bastante complexo. Uma boa caracterização dos materiais constituintes no nível 
macroscópico e microscópico tende a fornecer os parâmetros para o melhor 
entendimento das relações processamento x estrutura x propriedades x desempenho. 
 
Neste capítulo são apresentados os resultados da caracterização dos agregados, do 
aditivo e dos aglomerantes utilizados na fabricação dos concretos avaliados neste 
trabalho. Tanto as técnicas experimentais utilizadas, quanto os procedimentos para 
coletar e preparar as amostras utilizadas nos ensaios foram devidamente descritos no 
capítulo 3. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 114
 
4.1 Agregados 
 
4.1.1 Agregado Graúdo 
 
Procedência 
 
Utilizaram-se para a realização das pesquisas, agregados graúdos provenientes de uma 
mineração localizada na fazenda Rancho Novo situada no município de Contagem, 
Minas Gerais. A mineradora supracitada atende 13 das 15 concreteiras que operam na 
região metropolitana de Belo Horizonte. 
 
Caracterização Químico-Mineralógica 
 
Uma série de ensaios experimentais inter-relacionados foi realizada para que fosse 
possível uma caracterização químico-mineralógica confiável do material. O agregado 
graúdo utilizado nos traços é proveniente da britagem de rochas compostas por uma 
fração predominante de gnaisse, contendo uma parcela menor de quartzo-feldspato e 
uma porção minoritária de anfibolito (hornblenda). A seguir são apresentados os 
resultados obtidos. 
 
a) Composição Química Qualitativa 
 
Fez-se uma análise de fluorescência de raios X em amostra pulverizada (< 38 µm), 
utilizando um espectrômetro Philips - Modelo PW 2400. Os elementos, determinados 
qualitativamente, são os relacionados abaixo: 
− Elementos presentes em maiores quantidades: Si, Al 
− Elementos presentes em menores quantidades: Na, K, Fe, Ca 
− Elementos presentes em quantidades muito pequenas (traços): Mg, Mn, P, Ti, 
Ba, C, Zr, Ni, F, Cl, Be, Cu, S. 
 
Este resultado coincide, de uma maneira geral, com a análise química da Tabela 4.1. 
 115
b) Composição Química Quantitativa 
 
Foi feita a análise completa das amostras (abertura total), procurando identificar e 
quantificar os elementos químicos presentes de modo a fornecer dados para as análises 
futuras, inclusive para auxiliar na caracterização mineralógica por difração de raios X. 
A Tabela 4.1 mostra os resultados das análises do agregado graúdo. 
 
Tabela 4.1 - Análise química do agregado graúdo. 
Elementos Teores (%) Óxidos (por estequiometria) 
Si 33,30% SiO2 71,24% 
Al 8,76% Al2O3 16,56% 
Fe 1,03% Fe2O3 1,48% 
Mg 0,27% MgO 0,44% 
Mn 0,01% MnO 0,01% 
K 2,08% K2O 2,51% 
Na 3,84% Na2O 5,17% 
Ca 0,77% CaO 1,08% 
P 0,01% P2O5 0,03% 
S 0,003% SO3 0,01% 
Elementos Teores (%) Elementos Teores (%) 
Ti < 0,10% F 0,01% 
Ba < 0,50% Cl 0,02% 
C 0,02% Be <0,01% 
Zr < 0,50% Cu 0,003% 
Ni 0,004% PPC 0,37% 
 
c) Difração de Raios X 
 
As análises de difração de raios X sobre a amostra foram realizadas com o intuito de se 
fazer uma identificação qualitativa das fases cristalinas presentes no agregado graúdo 
utilizado. Não foi feito, através desta técnica, um estudo quantitativo ou semi-
quantitativo, para determinar a fração volumétrica das fases. Fez-se apenas uma 
estimativa da presença das fases, a partir da intensidade dos picos encontrados nos 
difratogramas obtidos. As Figuras 4.1, 4.2 e 4.3 apresentam os difratogramas das 
respectivas frações da rocha e a Tabela 4.2 apresenta uma classificação qualitativa das 
fases mineralógicas presentes. 
 
 116
 
Figura 4.1 - Caracterização da fração gnáissica do agregado graúdo realizada por meio 
de difratometria de raios X pelo método do pó em amostra total passante 
na peneira #200 (abertura de 75 µm). 
 
 
Figura 4.2 - Caracterização da fração quartzo-feldspática do agregado graúdo realizada 
por meio de difratometria de raios X pelo método do pó em amostra total 
passante na peneira #200 (abertura de 75 µm). 
 
 
 
 117
 
 
Figura 4.3 - Caracterização da fração de anfibólio do agregado graúdo realizada por 
meio de difratometria de raios X pelo método do pó em amostra total 
passante na peneira #200 (abertura de 75 µm). 
 
 
Tabela 4.2 - Composição mineralógica do agregado graúdo determinada a partir de 
ensaios de difratometria de raios X. 
Amostra 
Mineral Identificado 
Predominante 
(>30%) 
Maior 
(<30%) 
Menor 
(<10%) 
Minoritário 
(<3%) 
Gnaisse 
(>80%) 
Albita 
Quartzo Microclina 
Biotita 
Clorita 
Hematita 
Magnetita 
Moscovita 
Quartzo-
Feldspato 
(<20%) 
Microclina 
Quartzo Albita Clorita Magnetita 
Anfibolito 
(<3%) 
Anfibólio 
(Hornblenda) 
Biotita 
Quartzo Clorita Hematita 
 
 
 
 118
d) Lâminas Delgadas 
 
Todas as lâminas delgadas utilizadas neste trabalho foram confeccionadas segundo 
procedimentos convencionais (GOMES, 1995). A análise das lâminas delgadas 
possibilitou a visualização das fases mineralógicas presentes nos agregados graúdos, 
assim como, a avaliação do tamanho, forma e distribuição das mesmas, 
complementando as informações fornecidas pelos resultados dos ensaios apresentados 
na seção anterior. 
 
A seguir, na Figura 4.4, são apresentadas algumas imagens dos principais minerais 
presentes nos agregados, obtidas por meio de câmera fotográfica acoplada a um 
microscópico petrográfico Leica DMRXP. 
 
Pode-se observar que as fases mineralógicas presentes estão em total conformidade com 
as identificadas previamente por meio dos ensaios de difração de raios X. Nenhum dos 
silicatos nas formas mineralógicas identificadas apresenta reatividade potencial com os 
álcalis presentes no cimento Portland, fato que minimiza as possibilidades de reações 
expansivas decorrentes de reações álcali-sílica. As interfases entre as diversas fases 
aparecem bem delineados indicando uma boa estabilidade estrutural e sanidade dos 
agregados. Pequenas alterações existentes, conforme pode ser visto na lâmina (c), não 
comprometem a integridade dos mesmos. 
 
Os resultados aqui obtidos atestam a qualidade mineralógica do agregado escolhido para 
a execução dos experimentos, estando em perfeita conformidade com as características 
recomendadas na literatura e nas normas técnicas específicas. 
 
 119
 (a) Lâmina delgada fotografada sob 
luz natural com aumento de 25x. 
Aspecto geral da textura da rocha, 
mostrando palhetas de biotita (Bi) 
orientadas, imprimindo foliação à 
rocha matriz quartzo-feldspática 
(Fd/Qz). 
 
 
 
 
 
 
 
 
(b) Lâmina delgada fotografada sob 
luz polarizada com aumento de 25x. 
Aspecto geral da lâmina de biotita-
gnaisse, destacando-se palhetas 
cloritizadas de biotita (Bi/Cl), 
cristais de plagioclásio (Pl), apatita 
(Ap), microclina (Mi) e quartzo 
(Qz). 
 
 
 
 
 
 
 
(c) Lâmina delgada fotografada sob 
luz polarizada com aumento de 25x.
Fenocristal de plagioclásio(Pl) 
contornado por biotitas (Bi) e 
cristais de microclina (Mi), 
exibindo um núcleo bastante 
alterado. 
 
 
 
 
 
 
 
(d) Lâmina delgada fotografada sob 
luz polarizada com aumento de 25x.
Aspecto geral da rocha mostrando 
arranjo granoblástico de quartzo 
(Qz) e microclina (Mi). 
Figura 4.4 - Fotos dos principais minerais presentes nos agregados graúdos. 
A
Bi Bi 
BiBi 
Bi 
Bi 
Bi 
Bi
Bi 
Bi 
Bi 
Fd/Qz Fd/Qz 
Fd/Qz 
Fd/Qz 
P
Mi 
Pl
Pl 
Pl Mi 
Bi 
Bi/Cl Bi/Cl 
Bi/Cl 
Bi/Cl 
Pl 
Qz Ap
Bi 
Bi 
Bi 
Bi 
Bi 
Bi Bi 
Bi 
Alteração do 
Plagioclásio 
Mi 
Mi
Mi 
Mi 
 
Bi 
Mi 
Mi Mi 
Mi 
Mi Mi 
Mi 
Mi 
Qz z 
Qz 
Qz 
Q
 120
Caracterização Física 
 
A Figura 4.5 apresentada abaixo fornece os resultados dos ensaios de caracterização do 
agregado graúdo segundo as normas ABNT. 
 
 
DEES CERT. Nº: UFMG-DEES-agr-1-04
MATERIAL: BRITA 1 - GNAISSE DATA COLETA: 12/05/04
PROCEDÊNCIA: TCL - FAZENDA RANCHO NOVO DATA ENSAIO: 14/05/04
AMOSTRA (g): 5000 GRANULOMETRIA ENSAIOS RESULT. LIMITE
PENEIRA PESO RETIDO PORCENTAGEM RETIDA PORCENT. 1-Massa Específica 'sss': 2,65 -
(mm) P1 P2 M1 M2 MÉDIA ACUMUL. (kg / dm3)
76 0 0 0% 2-Massa Específica 's': 2,63 -
64 0 0 0% (kg / dm3)
50 0 0 0% 3-Absorção: 0,4% -
38 0 0 0% (%)
32 0 0 0% 4-Massa Unitária: 1,39 -
25 0 0 0% (kg / dm3)
19 1529 1665 31% 33% 32% 32% 5-Inchamento 
12,5 2353 2430 47% 49% 48% 80% 5.1-Umidade crítica (%): - -
9,5 882 782 18% 16% 17% 96% 5.2-Coef. de Inchamento médio: - -
6,3 216 118 4% 2% 3% 100% 6-Impureza Orgânica: - -
4,8 9 4 0% 0% 0% 100% (PPM)
2,4 0 0 100% 7-Teor de Argila: 0,0% < 3,0%
1,2 0 0 100% (%)
0,6 0 0 100% 8-Teor de Material Pulverulento: 0,3% < 1,0%
0,3 0 0 100% (%)
0,15 0 0 100% 9-Índice de forma: 2,3 < 3
0,075 0 0 100%
FUNDO 11 3 0% 0% 0% 100%
TOTAL: 5001 5002 100% 100% 100% 10-Abrasão Los Angeles: - -
MÓD. DE FINURA: 7,27 DIMENSÃO MÁXIMA: 25 (%)
GRAD. DA BRITA (NBR 7211): BRITA 1
UFMG
TÍTULO: ANÁLISE DE AGREGADOS
CURVA GRANULOMÉTRICA 
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
7664503832251912,59,56,34,82,41,20,60,30,150,075FUNDO
%
 A
C
U
M
U
L
A
D
A
LIMITE INFERIOR LIMITE SUPERIOR
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 4.5 - Resultados dos ensaios de caracterização do agregado graúdo segundo as 
normas ABNT. 
 
 121
Com dimensão máxima característica de 25 mm e módulo de finura igual a 7,27 (NBR 
7211:2005), o agregado é classificado comercialmente como sendo uma brita 1. Seu 
índice de forma igual a 2,3 indica que sua forma é lamelar. Sua textura superficial é 
áspera, característica dos agregados provenientes da britagem de rochas de gnaisse. A 
massa específica aparente de 2630 kg/m3 faz com que seja classificado como normal 
quanto ao peso. 
 
A densidade real da porção predominante de gnaisse, obtida através de ensaio de 
picnometria a He em uma amostra de aproximadamente 12 g do material, é de 2,67 
g/cm3, enquanto a picnometria de Hg forneceu uma densidade aparente máxima igual a 
2,50 g/cm3, implicando em um volume total de vazios de 6,4 %. 
 
A porção menor de quartzo-feldspato apresentou uma densidade real igual a 2,62g/cm3, 
enquanto a picnometria de Hg forneceu uma densidade aparente máxima igual a 2,49 
g/cm3, implicando em um volume total de vazios de 4,96 %. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 122
4.1.2 Agregado Miúdo 
 
Procedência 
 
Utilizaram-se para a realização das pesquisas, agregados miúdos provenientes da 
britagem via seca (britador do tipo VSI – “Vertical Shaft Impact”) da mesma rocha 
utilizada para a produção do agregado graúdo, extraída da fazenda Rancho Novo situada 
no município de Contagem, Minas Gerais. Consome-se mensalmente aproximadamente 
40.000 toneladas de tais agregados na região metropolitana de Belo Horizonte o que 
corresponde a cerca de 70% do total da areia consumida pelas concreteiras desta região. 
 
 
Caracterização Químico-Mineralógica 
 
Sendo proveniente da britagem da mesma rocha mãe, possui composição químico-
mineralógica semelhante à dos agregados graúdos conforme pode ser constatado por 
meio do resultados dos ensaios apresentados a seguir. 
 
 
a) Composição Química Quantitativa 
 
Foi feita a análise completa das amostras (abertura total), procurando identificar e 
quantificar os elementos químicos presentes de modo a fornecer dados para as análises 
futuras, inclusive para auxiliar na caracterização mineralógica por difração de raios X. 
A Tabela 4.3 mostra os resultados das análises do agregado miúdo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 123
 
 
Tabela 4.3 - Análise química do agregado miúdo. 
Elementos Teores (%) Óxidos (por estequiometria) 
Si 33,56% SiO2 71,79% 
Al 8,17% Al2O3 15,43% 
Fe 1,20% Fe2O3 1,72% 
Mg 0,29% MgO 0,48% 
Mn 0,01% MnO 0,02% 
K 2,69% K2O 3,24% 
Na 2,81% Na2O 3,79% 
Ca 0,64% CaO 0,90% 
P 0,02% P2O5 0,05% 
S 0,005% SO3 0,01% 
Elementos Teores (%) Elementos Teores (%) 
Ti < 0,10% F 0,01% 
Ba < 0,50% Cl 0,02% 
C 0,05% Be <0,01% 
Zr < 0,50% Cu 0,002% 
Ni 0,003% PPC 0,59% 
 
 
b) Difração de Raios X 
 
As análises de difração de raios X sobre a amostra foram realizadas com o intuito de se 
fazer uma identificação qualitativa das fases cristalinas presentes no agregado miúdo 
utilizado. Não foi feito, através desta técnica, um estudo quantitativo ou semi-
quantitativo, para determinar a fração volumétrica das fases. Fez-se apenas uma 
estimativa da presença das fases, a partir da intensidade dos picos encontrados nos 
difratogramas obtidos. 
 
O agregado miúdo utilizado nos traços é proveniente da britagem de rochas compostas 
por uma fração predominante de gnaisse, contendo uma parcela menor de quartzo-
feldspato e uma porção minoritária de anfibolito (hornblenda). Como o teor de material 
pulverulento encontrado no material superou os limites estabelecidos pela NBR 
7211:2005, fez-se um estudo mais detalhado da fração fina do mesmo, a fim de verificar 
a existência de fases mineralógicas capazes de interferir de forma inadequada nas 
propriedades do concreto. As Figuras 4.6 e 4.7 apresentam os difratogramas das frações 
menores que 150 µm e 38 µm respectivamente e a Tabela 4.4 apresenta uma 
classificação qualitativa das fases mineralógicas presentes. 
 124
 
 
Figura 4.6 - Caracterização da areia gnáissica artificial realizada por meio de 
difratometria de raios X pelo método do pó em amostra total passante na 
peneira #150 (abertura de 150 µm). 
 
 
 
Figura 4.7 - Caracterização da areia gnáissica artificial realizada por meio de 
difratometria de raios X pelo método do pó em amostra total passante na 
peneira #400 (abertura de 38 µm). 
 
 125
 
Tabela 4.4 - Composição mineralógica do agregado miúdo determinada a partir de 
ensaios de difratometria de raios X. 
Amostra 
Mineral Identificado 
Predominante 
(>30%) 
Maior 
(<30%) 
Menor 
(<10%) 
Minoritário 
(<3%) 
Areia 
Artificial 
(< 150μm) 
 
Microclina Albita Quartzo 
Biotita 
Clorita 
Anfibólio 
(Hornblenda) 
Hematita 
Magnetita 
Moscovita 
Areia 
Artificial 
(< 38μm) 
Albita 
Quartzo Microclina 
Biotita 
Clorita 
Anfibólio 
(Hornblenda) 
Hematita 
Magnetita 
Moscovita 
 
 
Como a albita possui clivagem mais fácil que a microclina, é lógica uma maior 
concentração da mesma em frações mais finas do material. 
 
A análise mineralógica da fração fina apresentada na Tabela 4.4, não indica, a presença 
de fases que possam prejudicar as propriedades do concreto. 
 
 
Caracterização física 
 
A densidade real, obtida através de ensaio de picnometria a He, é de 2,66 g/cm3. No 
caso do agregado miúdo a densidade é representativa das diversas frações mineralógicas 
provenientes da rocha mãe. 
 
A Figura 4.8 apresentada abaixo fornece os resultados dos ensaios de caracterização do 
agregado graúdo segundo as normas ABNT. 
 
 
 126
 
 
DEES CERT. Nº: UFMG-DEES-agr-2-04
MATERIAL: AREIA MÉDIA - ARTIFICIAL DE GNAISSE DATACOLETA: 12/05/04
PROCEDÊNCIA: TCL - FAZENDA RANCHO NOVO DATA ENSAIO: 14/05/04
AMOSTRA (g): 500 GRANULOMETRIA ENSAIOS RESULT. LIMITE
PENEIRA PESO RETIDO PORCENTAGEM RETIDA PORCENT. 1-Massa Específica 'sss': - -
(mm) P1 P2 M1 M2 MÉDIA ACUMUL. (kg / dm3)
76 0 0 0% 2-Massa Esp. real: 2,63 -
64 0 0 0% (kg / dm3)
50 0 0 0% 3-Absorção: - -
38 0 0 0% (%)
32 0 0 0% 4-Massa Unitária: 1,15 -
25 0 0 0% (kg / dm3) h(%)= 2,7%
19 0 0 0% 5-Inchamento 
12,5 0 0 0% 5.1-Umidade crítica (%): 4,3 -
9,5 0 0 0% 5.2-Coef. de Inchamento médio: 1,4 -
6,3 0 0 0% 6-Impureza Orgânica: < 300 < 300
4,8 1 3 0% 1% 0% 0% (PPM)
2,4 104 109 21% 22% 21% 22% 7-Teor de Argila: 0,0% < 1,5%
1,2 94 102 19% 20% 20% 41% (%)
0,6 74 71 15% 14% 14% 56% 8-Teor de Material Pulverulento: 14,8% < 10,0%
0,3 65 63 13% 13% 13% 68% (%)
0,15 62 59 12% 12% 12% 81% 9-Índice de forma: - -
0,075 27 26 5% 5% 5% 86%
FUNDO 74 68 15% 14% 14% 100%
TOTAL: 500 500 100% 100% 100% 10-Abrasão Los Angeles: - -
MÓD. DE FINURA: 2,68 DIMENSÃO MÁXIMA: 4,8 (%)
TIPO DE AREIA (NBR 7211): AREIA MÉDIA
UFMG
UFMGTÍTULO: ANÁLISE DE AGREGADOS
CURVA GRANULOMÉTRICA 
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
7664503832251912,59,56,34,82,41,20,60,30,150,075FUNDO
%
 A
C
U
M
U
L
A
D
A
LIMITE INFERIOR LIMITE SUPERIOR
 
Figura 4.8 - Resultados dos ensaios de caracterização do agregado miúdo segundo as 
normas ABNT. 
 
 
 127
Com dimensão máxima característica de 4,8 mm e módulo de finura igual a 2,68 (NBR 
7211:2005), o agregado é classificado comercialmente como sendo uma areia média. A 
curva de inchamento da areia pode ser vista na Figura 4.9. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CURVA DE INCHAMENTO DA AREIA
1,00
1,05
1,10
1,15
1,20
1,25
1,30
1,35
1,40
1,45
0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0 11,0 12,0UMIDADE (%)
V
h/
V
s
Figura 4.9 - Curva de inchamento da areia obtida pelo método de ensaio descrito pela 
NBR 6467 (ABNT, 1987). 
 
A quantidade máxima relativa à massa do agregado miúdo de material fino que passa 
através da peneira 75 µm por lavagem (material pulverulento), conforme procedimento 
de ensaio estabelecido na NBR NM 46 (ABNT, 2003), quando o agregado miúdo for 
constituído totalmente de grãos gerados por meio de britagem de rocha, deve ser inferior 
a 10% para concretos submetidos a desgaste superficial e a 12% para concretos 
protegidos do desgaste superficial (NBR 7211:2005). Observa-se que o agregado miúdo 
utilizado possui teor de material pulverulento de 14,8 %, superando os limites 
estabelecidos pela NBR 7211 (ABNT, 2005). A análise mineralógica da fração fina 
apresentada na Tabela 4.4, não indica, conforme já mencionado, a presença de fases 
mineralógicas capazes de interferir de forma inadequada nas propriedades do concreto. 
Os traços de concreto dosados com tal material, não requereram consumo excessivo de 
água, nem apresentaram problemas de exsudação. 
 
Não se verifica a presença de torrões de argila ou materiais friáveis (NBR 7218:1987), 
nem tampouco, a presença de matéria orgânica acima dos limites aceitáveis por norma 
(NBR NM 49:2001). 
 
 128
Uma análise granulométrica a laser da fração fina do agregado miúdo, pode ser vista nas 
Figuras 4.10 e 4.11. 
 
 
Figura 4.10 - Areia artificial de gnaisse (< 150 μm) - Granulometria a Laser (CILAS) 
d10% = 5,48 μm; d50% = 64,54 μm; d90% = 146,31 μm. 
 
 
Figura 4.11 - Areia artificial de gnaisse (< 38 μm) - Granulometria a Laser (CILAS) 
d10% = 1,13 μm; d50% = 7,12 μm; d90% = 19,60 μm. 
 
Os resultados obtidos mostram que 50% do material passante na peneira de malha 
150 μm tem dimensão superior a 64,54 μm e que apenas uma parcela menor que 10% 
do material tem dimensão menor que 5,48 μm. 
 129
4.2 Aglomerantes e Seus Constituintes 
 
Os aglomerantes utilizados no estudo experimental foram o Cimento Portland 
Composto (CP II E 32) utilizado na fabricação dos traços experimentais 01 e 03 e o 
Cimento Portland de Alto-forno (CP III 32) utilizado na fabricação dos traços 
experimentais 02 e 04. Esses cimentos foram fornecidos pela cimenteira do Grupo 
Lafarge situada no km 31 da rodovia MG 424, no município de Matozinhos, Minas 
Gerais. 
 
Os materiais utilizados na fabricação dos cimentos supracitados assim como as suas 
respectivas proporções na mistura são mostrados na Tabela 4.5. Tais informações foram 
obtidas mediante consulta à cimenteira. 
 
Tabela 4.5 - Dosagens utilizadas na fabricação dos cimentos. 
Traço Cimento 
Composição (%) 
Clínquer Gesso Calcário Escória tipo 1 
Escória 
tipo 2 
C 30 CP II CP II E 32 55,0 3,0 10,0 8,5 23,5 
C 30 CP III CP III 32 42,0 3,0 5,0 13,0 37,0 
C 40 CP II CP II E 32 53,0 3,0 10,0 10,5 23,0 
C 40 CP III CP III 32 48,0 2,0 5,0 - 45,0 
 
A caracterização químico-mineralógica dos cimentos, assim como de seus materiais 
constituintes, foi realizada através de ensaios de análises químicas e difração de raios-x. 
 
4.2.1 Clínquer Portland 
 
 
 
Figura 4.12 - Fotos da amostra de clínquer Portland ensaiada. 
 130
Caracterização Químico-Mineralógica 
 
a) Composição Química Quantitativa 
 
Foi feita a análise completa das amostras (abertura total), procurando identificar e 
quantificar os elementos químicos presentes de modo a fornecer dados para as análises 
futuras, inclusive para auxiliar na caracterização mineralógica por difração de raios X. 
A Tabela 4.6 mostra os resultados das análises do clínquer Portland. 
 
 
 
 
 
Tabela 4.6 - Análise química do clínquer Portland. 
Elementos Teores (%) Óxidos (por estequiometria) 
Si 9,74% SiO2 20,84% 
Fe 3,33% Fe2O3 4,76% 
Na 0,01% Na2O 0,02% 
K 0,48% K2O 0,57% 
Ca 46,21% CaO 64,65% 
Ti 0,13% TiO2 0,21% 
Al 2,94% Al2O3 5,55% 
Mg 0,68% MgO 1,13% 
Mn 0,20% Mn2O3 0,58% 
P 0,30% P2O5 0,69% 
S 0,54% SO3 1,34% 
PPC 0,47% 
 
 
Verifica-se que a composição obtida está coerente com os limites apresentados na 
Tabela 2.12. A relação entre o óxido de alumínio e o óxido de ferro igual a 1,17 supera 
os 0,64 recomendados para a utilização das equações propostas por BOGUE (1955): 
 
C3S = 4,07.CaO – 7,60.SiO2 – 6,72.Al2O3 – 1,43.Fe2O3 – 2,85.SO3 
C2S = 2,87.SiO2 – 0,754.C3S 
C3A = 2,65.Al2O3 – 1,69.Fe2O3 
C4AF = 3,04.Fe2O3 
 
A Tabela 4.7 apresenta o percentual das principais fases constituintes do clínquer 
Portland, calculadas a partir das equações propostas por BOGUE (1955): 
 131
 
Tabela 4.7 - Principais fases constituintes do clínquer Portland. 
Componente Percentual 
C3S 61% 
C2S 14% 
C3A 7% 
C4AF 14% 
Total 96% 
 
Os valores encontrados estão dentro dos limites citados por LABAHN E KOAHLAAS 
(1985). 
 
b) Difração de Raios X 
 
A Figura 4.13 apresenta o difratograma do material e a Tabela 4.8 apresenta uma 
classificação qualitativa das fases mineralógicas presentes. 
 
 
Figura 4.13 - Caracterização do clínquer Portland realizado por meio de difratometria 
de raios X pelo método do pó em amostra total passante na peneira #200 
(abertura de 75 µm). 
 
 132
Tabela 4.8 - Composição mineralógica do clínquer Portland determinada a partir de 
ensaios de difratometria de raios X. 
Amostra 
Mineral Identificado 
Predominante 
(>30%) 
Maior 
(<30%) 
Menor 
(<10%) 
Minoritário 
(<3%) 
Clínquer 
Portland 
(< 75μm) 
Alita Belita Aluminato Tricálcico Brownmillerita 
Cal Livre 
Periclásio 
 
 
4.2.2 Gesso 
 
 
 
 
Figura 4.14 - Fotos da amostra de gesso natural ensaiada. 
 
 
Caracterização Químico-Mineralógica 
 
a) Composição química quantitativa 
 
Foi feita a análise completa das amostras (abertura total), procurando identificar e 
quantificar os elementos químicos presentes de modo a fornecer dados para as análises 
futuras, inclusive para auxiliar na caracterização mineralógica por difração de raios X. 
A Tabela 4.9 mostra os resultados das análises do gesso. 
 
 
 
 
 
 
 133
Tabela 4.9 - Análise química do gesso. 
Elementos Teores (%) Óxidos (por estequiometria) 
Si 0,81% SiO2 1,73% 
Fe 0,18% Fe2O3 0,25% 
Na 0,002% Na2O 0,003%K 0,53% K2O 0,64% 
Ca 27,19% CaO 38,04% 
Ti < 0,05% 
Al 0,26% Al2O3 0,50% 
Mg 0,24% MgO 0,40% 
Mn 0,02% Mn2O3 0,06% 
P 0,05% P2O5 0,12% 
S 19,70% SO42- 59,02% 
PPC - 
 
 
b) Difração de raios X 
 
A Figura 4.15 apresenta o difratograma do material e a Tabela 4.10 apresenta uma 
classificação qualitativa das fases mineralógicas presentes. 
 
 
Figura 4.15 - Caracterização do gesso realizado por meio de difratometria de raios X 
pelo método do pó em amostra total passante na peneira #200 (abertura 
de 75 µm). 
 134
Tabela 4.10 - Composição mineralógica do gesso determinada a partir de ensaios de 
difratometria de raios X. 
Amostra 
Mineral Identificado 
Predominante 
(>30%) 
Maior 
(<30%) 
Menor 
(<10%) 
Minoritário 
(<3%) 
Gesso 
(< 75μm) 
Gipso - - Quartzo 
 
 
4.2.3 Calcário 
 
 
 
 
Figura 4.16 - Fotos da amostra de calcário ensaiada. 
 
 
Caracterização Químico-Mineralógica 
 
a) Composição Química Quantitativa 
 
Foi feita a análise completa das amostras (abertura total), procurando identificar e 
quantificar os elementos químicos presentes de modo a fornecer dados para as análises 
futuras, inclusive para auxiliar na caracterização mineralógica por difração de raios X. 
A Tabela 4.11 mostra os resultados das análises do calcário. 
 
 
 
 
 
 
 
 135
Tabela 4.11 - Análise química do calcário. 
Elementos Teores (%) Óxidos (por estequiometria) 
Si 0,79% SiO2 1,69% 
Fe 0,88% Fe2O3 1,25% 
Na 0,02% Na2O 0,02% 
K 0,09% K2O 0,10% 
Ca 39,33% CaO 55,03% 
Ti < 0,05% 
Al 0,15% Al2O3 0,27% 
Mg 0,86% MgO 1,42% 
Mn 0,08% Mn2O3 0,24% 
P 0,12% P2O5 0,27% 
S 0,15% SO3 0,37% 
PPC 39,79% 
 
 
b) Difração de Raios X 
 
A Figura 4.17 apresenta o difratograma do material e a Tabela 4.12 apresenta uma 
classificação qualitativa das fases mineralógicas presentes. 
 
 
Figura 4.17 - Caracterização do calcário realizado por meio de difratometria de raios X 
pelo método do pó em amostra total passante na peneira #200 (abertura 
de 75 µm). 
 136
 
Tabela 4.12 - Composição mineralógica do calcário determinada a partir de ensaios de 
difratometria de raios X. 
Amostra 
Mineral Identificado 
Predominante 
(>30%) 
Maior 
(<30%) 
Menor 
(<10%) 
Minoritário 
(<3%) 
Calcário 
(< 75μm) 
Calcita - - Quartzo 
 
Observa-se que o calcário utilizado é calcítico. O baixo teor de Mg identificado na 
análise química comprova este fato. 
 
4.2.4 Escória Tipo 1 
 
 
 
 
Figura 4.18 - Fotos da amostra de escória tipo 1 ensaiada. 
 
 
Caracterização Químico-Mineralógica 
 
a) Composição Química Quantitativa 
 
Foi feita a análise completa das amostras (abertura total), procurando identificar e 
quantificar os elementos químicos presentes de modo a fornecer dados para as análises 
futuras, inclusive para auxiliar na caracterização mineralógica por difração de raios X. 
A Tabela 4.13 mostra os resultados das análises da escória tipo 1. 
 
 137
Tabela 4.13 - Análise química da escória tipo 1. 
Elementos Teores (%) Óxidos (por estequiometria) 
Si 15,44% SiO2 33,04% 
Fe 2,19% Fe2O3 3,13% 
Na 0,12% Na2O 0,17% 
K 0,31% K2O 0,38% 
Ca 29,90% CaO 41,83% 
Ti 0,33% TiO2 0,55% 
Al 6,40% Al2O3 12,10% 
Mg 3,31% MgO 5,50% 
Mn 0,38% Mn2O3 1,09% 
P 0,02% P2O5 0,06% 
S 1,24% SO3 3,10% 
PPC oxidou 
 
Os valores encontrados estão dentro dos limites citados por LABAHN E KOAHLAAS 
(1985). 
 
b) Difração de Raios X 
 
A Figura 4.19 apresenta o difratograma do material e a Tabela 4.14 apresenta uma 
classificação qualitativa das fases mineralógicas presentes. 
 
 
Figura 4.19 - Caracterização da escória tipo 1 realizado por meio de difratometria de 
raios X pelo método do pó em amostra total passante na peneira #200 
(abertura de 75 µm). 
 138
Tabela 4.14 - Composição mineralógica da escória tipo 1 determinada a partir de 
ensaios de difratometria de raios X. 
Amostra 
Mineral Identificado 
Predominante 
(>30%) 
Maior 
(<30%) 
Menor 
(<10%) 
Minoritário 
(<3%) 
Escória 
Tipo 1 
(< 75μm) 
Amorfa - - Quartzo 
 
 
A partir da composição química obtida podemos estimar as propriedades hidráulicas da 
escória através das seguintes relações 2.5 e 2.6 apresentadas na seção 2.5: 
 
− NBR 5735 (ABNT, 1991): 
125,1
3
2
3
1
322
32
≥=
+
++
OAlSiO
OAlMgOCaO
 
− DIN 1164 (índice usualmente mais adotado): 
 
180,1
2
32 ≥=
++
SiO
OAlMgOCaO
 
 
Observa-se que a escória tipo 1 atende as relações especificadas. Esses resultados 
associados aos fornecidos pela análise difratométrica mostram que o material possui 
uma estrutura bastante amorfa o que por sua vez implica numa boa hidraulicidade e 
reatividade do material. 
 
 
 
 
 
 
 
 139
4.2.5 Escória Tipo 2 
 
 
 
 
Figura 4.20 - Fotos da amostra de escória tipo 2 ensaiada. 
 
Caracterização Químico-Mineralógica 
 
a) Composição Química Quantitativa 
 
Foi feita a análise completa das amostras (abertura total), procurando identificar e 
quantificar os elementos químicos presentes de modo a fornecer dados para as análises 
futuras, inclusive para auxiliar na caracterização mineralógica por difração de raios X. 
A Tabela 4.15 mostra os resultados das análises da escória tipo 2. 
 
Tabela 4.15 - Análise química da escória tipo 2. 
Elementos Teores (%) Óxidos (por estequiometria) 
Si 18,99% SiO2 40,63% 
Fe 3,80% Fe2O3 5,43% 
Na 0,07% Na2O 0,10% 
K 1,26% K2O 1,52% 
Ca 23,83% CaO 33,34% 
Ti 0,24% TiO2 0,39% 
Al 5,85% Al2O3 11,05% 
Mg 0,89% MgO 1,47% 
Mn 0,90% Mn2O3 2,58% 
P 0,04% P2O5 0,09% 
S 1,06% SO3 2,65% 
PPC 1,21% 
 
 140
Os valores de SiO2 encontrados está um pouco acima do limite citado por LABAHN E 
KOAHLAAS (1985) - 28% a 38%. 
 
b) Difração de Raios X 
 
A Figura 4.21 apresenta o difratograma do material e a Tabela 4.16 apresenta uma 
classificação qualitativa das fases mineralógicas presentes. 
 
 
Figura 4.21 - Caracterização da escória tipo 2 realizado por meio de difratometria de 
raios X pelo método do pó em amostra total passante na peneira #200 
(abertura de 75 µm). 
 
Tabela 4.16 - Composição mineralógica da escória tipo 2 determinada a partir de 
ensaios de difratometria de raios X. 
Amostra 
Mineral Identificado 
Predominante 
(>30%) 
Maior 
(<30%) 
Menor 
(<10%) 
Minoritário
(<3%) 
Escória 
Tipo 2 
(< 75μm) 
Amorfa Gehlenita Pseudowollastonita 
Ferro Metálico 
Quartzo 
Microclina 
Hematita 
Magnetita 
 141
A partir da composição química obtida podemos estimar as propriedades hidráulicas da 
escória através das seguintes relações 2.5 e 2.6 apresentadas na seção 2.5: 
 
− NBR 5735 (ABNT, 1991): 
180,0
3
2
3
1
322
32
≤=
+
++
OAlSiO
OAlMgOCaO
 
− DIN 1164 (índice usualmente mais adotado): 
 
113,1
2
32 ≥=
++
SiO
OAlMgOCaO
 
 
Observa-se que a escória tipo 2 atende apenas a relação especificada na norma DIN, 
estando abaixo do limite definido pela norma brasileira. Esses resultados associados aos 
fornecidos pela análise difratométrica mostram que o material possui uma estrutura com 
certo número de fases cristalinas o que por sua vez revelam que sua hidraulicidade e 
reatividade são inferiores às da escória tipo 1. 
 
 
4.2.6 Cimento Portland 
 
Os cimentos ensaiados foram fabricados segundo as misturas fornecidas na Tabela 4.5. 
 
Caracterização Químico-Mineralógica 
 
a) Composição Química Quantitativa 
 
Foi feita a análise completa das amostras (abertura total), procurando identificar e 
quantificar os elementos químicos presentes de modo a fornecer dados para as análises 
futuras, inclusive para auxiliar na caracterização mineralógica por difração de raios X. 
As Tabelas 4.17, 4.18, 4.19 e 4.20 mostram os resultados das análises dos cimentos 
Portland utilizados nos traços dos concretos fabricados. 
 142
 
 
 
Tabela 4.17 - Análise química do cimento Portland CP II E 32 - Traço C30 CP II. 
Elementos Teores (%) Óxidos (por estequiometria) 
Si 11,00% SiO2 23,52% 
Fe 2,69% Fe2O3 3,84% 
Al 3,45% Al2O3 6,52% 
Ca 40,41% CaO 56,54% 
Mg 0,94% MgO 1,56% 
K 0,54% K2O 0,65% 
Na 0,40%Na2O 0,05% 
Ti - TiO2 - 
P 0,12% P2O5 0,29% 
Mn 0,28% Mn2O3 0,80% 
S 0,67% SO3 1,68% 
PPC 5,10% 
 
Tabela 4.18 - Análise química do cimento Portland CP III 32 - Traço C30 CP III. 
Elementos Teores (%) Óxidos (por estequiometria) 
Si 12,54% SiO2 26,83% 
Fe 2,21% Fe2O3 3,16% 
Al 4,70% Al2O3 8,89% 
Ca 37,62% CaO 53,04% 
Mg 1,31% MgO 2,18% 
K 0,49% K2O 0,59% 
Na 0,05% Na2O 0,07% 
Ti 0,19% TiO2 0,32% 
P 0,02% P2O5 0,05% 
Mn 0,48% Mn2O3 1,37% 
S 0,67% SO3 1,68% 
PPC 2,72% 
 
Tabela 4.19 - Análise química do cimento Portland CP II E 32 - Traço C40 CP II. 
Elementos Teores (%) Óxidos (por estequiometria) 
Si 10,97% SiO2 23,48% 
Fe 2,46% Fe2O3 3,52% 
Al 3,53% Al2O3 6,67% 
Ca 40,35% CaO 56,46% 
Mg 0,66% MgO 1,09% 
K 0,49% K2O 0,59% 
Na 0,018% Na2O 0,03% 
Ti 0,14% TiO2 0,25% 
P 0,08% P2O5 0,18% 
Mn 0,24% Mn2O3 0,70% 
S 0,70% SO3 1,75% 
PPC 5,43% 
 
 143
 
 
Tabela 4.20 - Análise química do cimento Portland CP III 32 - Traço C40 CP III. 
Elementos Teores (%) Óxidos (por estequiometria) 
Si 13,21% SiO2 28,26% 
Fe 2,20% Fe2O3 3,15% 
Al 4,71% Al2O3 8,90% 
Ca 35,27% CaO 49,35% 
Mg 1,07% MgO 2,82% 
K 0,56% K2O 0,76% 
Na 0,04% Na2O 0,05% 
Ti 0,37% TiO2 0,62% 
P 0,04% P2O5 0,09% 
Mn 0,45% Mn2O3 1,28% 
S 0,72% SO3 1,80% 
PPC 3,40% 
 
Verifica-se que a composição dos cimentos do tipo CP III 32 possuem maiores teores de 
silício e alumínio, enquanto os cimentos CP II E 32 apresentam maiores teores de 
cálcio. Observa-se que a perda por calcinação (PPC) dos cimentos do tipo CP II E 32 
são maiores que os do tipo CP III 32. 
 
O teor de Cao livre foi feito segundo a NBR NM 12 (ABNT, 2004) e pode ser visto na 
Tabela 4.21. 
 
Tabela 4.21 - Teores de CaO livre obtidos segundo a NBR NM 12:2004. 
Cimento Percentual 
CP II E 32 - Traço C30 CP II 0,58% 
CP III 32 - Traço C30 CP III 0,61% 
CP II E 32 - Traço C40 CP II 0,84% 
CP III 32 - Traço C40 CP III 0,90% 
 
Os teores encontrados estão dentro dos limites permitidos em norma não 
comprometendo o desempenho desses aglomerantes. 
 
b) Difração de Raios X 
 
As Figuras 4.22, 4.23, 4.24 e 4.25 apresentam os difratogramas dos cimentos e a Tabela 
4.22 apresenta uma classificação qualitativa das fases mineralógicas presentes. 
 144
 
Figura 4.22 - Caracterização do cimento Portland CP II E 32 - Traço C30 CP II 
realizado por meio de difratometria de raios X pelo método do pó em 
amostra total passante na peneira #200 (abertura de 75 µm). 
 
 
Figura 4.23 - Caracterização do cimento Portland CP III 32 - Traço C30 CP III 
realizado por meio de difratometria de raios X pelo método do pó em 
amostra total passante na peneira #200 (abertura de 75 µm). 
 145
 
Figura 4.24 - Caracterização do cimento Portland CP II E 32 - Traço C40 CP II 
realizado por meio de difratometria de raios X pelo método do pó em 
amostra total passante na peneira #200 (abertura de 75 µm). 
 
 
Figura 4.25 - Caracterização do cimento Portland CP III 32 - Traço C40 CP III 
realizado por meio de difratometria de raios X pelo método do pó em 
amostra total passante na peneira #200 (abertura de 75 µm). 
 
 
 146
Tabela 4.22 - Composição mineralógica dos cimentos determinada a partir de ensaios 
de difratometria de raios X. 
Cimento 
Mineral Identificado 
Predominante
(>30%) 
Maior 
(<30%) 
Menor 
(<10%) 
Minoritário 
(<3%) 
CP II E 32 
(Traço C30) Alita 
Belita 
Calcita 
Gehlenita 
Gipso Magnetita 
CP III 32 
(Traço C30) Alita 
Belita 
Calcita 
Gehlenita 
Gipso Magnetita 
CP II E 32 
(Traço C40) Alita 
Belita 
Calcita 
Gehlenita 
Gipso Magnetita 
CP III 32 
(Traço C40) Alita 
Belita 
Calcita 
Gehlenita 
Gipso Magnetita 
 
Caracterização física 
 
As Tabelas 4.23, 4.24 e 4.25 apresentam os resultados das análises físicas dos cimentos 
utilizados. 
 
Tabela 4.23 - Análises físicas dos cimentos CP II E 32. 
Parâmetros Traço C30 CP II
Traço 
 C40 CP II 
Limites 
NBR 11578/91
Resíduo na peneira ABNT 200 (%) - NBR 11579/91 3,4 2,6 ≤ 12,0 
Superfície específica Blaine (cm2/g) - NBR NM 76/98 3820 3930 - 
Massa específica real (g/cm3) - NBR NM 23/01 3,09 3,09 - 
Água de consistência normal (%) - NBR NM 43/03 27,2 28,6 - 
Tempo de início de pega (horas) - NBR NM 65/03 3,17 3,42 ≥ 1 
 
Tabela 4.24 - Análises físicas dos cimentos CP III 32. 
Parâmetros Traço C30 CP III
Traço 
C40 CP III 
Limites 
NBR 5735/91
Resíduo na peneira ABNT 200 (%) - NBR 11579/91 1,8 1,0 ≤ 8,0 
Superfície específica Blaine (cm2/g) - NBR NM 76/98 3350 3670 - 
Massa específica real (g/cm3) - NBR NM 23/01 3,08 3,08 - 
Água de consistência normal (%) - NBR NM 43/03 28,0 28,4 - 
Tempo de início de pega (horas) - NBR NM 65/03 4,33 4,83 ≥ 1 
 
 147
Tabela 4.25 - Resistência à compressão segundo a NBR 7215 (ABNT, 1996) 
Cimentos Resistência à Compressão (MPa) 1 dia 3 dias 7 dias 28 dias 
CP II E 32 - Traço C30 CP II 10,1 20,8 28,9 43,0 
CP III 32 - Traço C30 CP III 8,0 18,5 27,7 45,2 
CP II E 32 - Traço C40 CP II 10,5 21,9 29,2 44,3 
CP III 32 - Traço C40 CP III 6,1 13,6 20,5 40,7 
 
Verifica-se que os corpos-de-prova de argamassa fabricados com os cimentos do tipo 
CP II E 32 apresentaram ganhos de resistência nas primeiras idades superiores aos 
daqueles fabricados com os cimentos CP III 32. Tais resultados indicam que maiores 
adições de escória retardam os ganhos de resistência. Cabe observar que a superfície 
específica Blaine dos cimentos CP II (Tabela 4.23) foram superiores às dos cimentos 
CP III (Tabela 4.24) o que aumenta a reatividade dos mesmos. Aos 28 dias todos os 
corpos-de-prova apresentaram resistências superiores aos 32 MPa exigidos por norma 
para a classe de resistência a que pertencem. 
 
O Cimento CP III 32 utilizado no traço C40 CP III foi o que apresentou menor 
resistência à compressão aos 28 dias mesmo tendo uma superfície específica Blaine 
maior e um teor de clínquer também superior ao do CP III 32 utilizado no traço C30 CP 
III (Tabela 4.5). O teor mais alto de escória do tipo 2, menos amorfa e 
conseqüentemente menos reativa (Figura 4.21), presente em tal cimento (Tabela 4.5), 
pode ser a principal causa desse fato. Cabe lembrar, conforme já apresentado no 
capítulo 2, que escórias com 10% a 30% da sua massa cristalizada têm apresentado boa 
reatividade (SMOLCZYK, 1980; VON EUW, 1981; UCHIKAWA, 1986). 
 
 
4.3 Aditivo 
 
Caracterização física 
 
O aditivo utilizado foi o plastificante a base de lignina sulfonada “CHRYSO®PLAST 
213”, cujas características fornecidas pelo fabricante são mostradas na Tabela 4.26. 
 
 
 148
 
 
 
 
Tabela 4.26 - Caracterização do aditivo. 
Característica Valor do Lote 
Aspecto Líquido caramelo 
Densidade (g/cm3) 1,21 
pH 6,9 
Extrato seco (%) 39,0 
Cloretos (%) Isento 
Na2O equivalente (%) ≤ 1,5 
 
4.4 Composição dos Diferentes Concretos Estudados 
Com base nos valores apresentados das propriedades dos materiais constituintes, 
concretos foram dosados e fabricados empregando os cimentos CP II-E 32 e o CP III 
32. Os traços utilizados estão apresentados na Tabela 4.27. As proporções dos 
componentes estão em peso e seguem o formato cimento: areia: brita. 
 
Tabela 4.27 - Resumo dos traços dos concretos utilizados. 
Traço Tipo de Cimento 
Classe de 
Resistência
Relação 
a/c 
Cimento 
(kg/m3) 
Aditivo 
( l/ m3 ) 
Proporção 
C 30 CP II CP II-E 32 C 30 0,50 392 1,18 1 : 1,96 : 2,57 
C 30 CP III CP III 32 C 30 0,50 392 1,18 1 : 1,96 : 2,57 
C 40 CP II CP II-E 32 C 40 0,40 510 1,53 1 : 1,22 : 2,02 
C 40 CP III CP III 32 C 40 0,40 510 1,53 1 : 1,22: 2,02 
 
Os corpos-de-prova para cada traço foram moldados em cilindros 10 cm x 20 cm de 
acordo com a NBR 5738 (ABNT, 2003). A partir da retirada das fôrmas 72 horas após a 
moldagem, os CP’s foram mantidos submersos em um reservatório de água a 
temperatura de 23oC até 48 horas antes do dia dos ensaios de resistência à compressão. 
 
 
 
5 
 
CARACTERIZAÇÃO E ANÁLISE MACRO E 
MICRORESTRUTURAL DE CONCRETOS FABRICADOS COM 
CIMENTOS CONTENDOESCÓRIAS DE ALTO-FORNO 
 
 
O propósito das investigações apresentadas nesse capítulo é estudar alguns aspectos da 
microestrutura do concreto e seu efeito no comportamento do material. Ao propor este 
trabalho o autor está totalmente consciente das limitações existentes, e nenhuma 
tentativa de esgotar o assunto será feita. Sempre que possível buscar-se-á obter inter-
relações entre as características micro e macroestruturais dos concretos especificados, 
vistos como materiais compostos por várias fases. 
 
No concreto, o cimento ao ser hidratado tem a capacidade de produzir uma matriz 
constituída por diversas fases mineralógicas associadas a uma estrutura de vazios que ao 
se unir a partículas discretas de rochas, forma um material contínuo e estruturalmente 
estável. A utilização de cimentos com adições diferenciadas de escórias de alto-forno 
afeta a formação da matriz cimentícia e sua ligação com os agregados trazendo 
impactos nas propriedades do material. Tais impactos devem, entretanto, respeitar as 
especificações estabelecidas na fase de projeto, no que diz respeito à manutenção da 
integridade do material quando submetido a carregamentos e a ambientes agressivos. 
 
 
 
 
 150
 
5.1 Caracterização e Análise da Macroestrutura do Concreto 
5.1.1 Consistência do Concreto 
Os ensaios de consistência do concreto no estado fresco foram realizados de acordo com 
a norma NBR NM 67 (1998). Os resultados se encontram na Tabela 5.1. A análise dos 
valores obtidos mostra que os resultados se encontram dentro da faixa especificada para 
o abatimento de 100 ± 20 mm. 
 
 
Tabela 5.1 – Resultados do ensaio de consistência do concreto no 
estado fresco. 
Traço Tipo de Cimento 
Classe de 
Resistência 
Abatimento do Tronco de Cone 
(mm)* 
C 30 CP II CP II-E 32 C 30 100 
C 30 CP III CP III 32 C 30 110 
C 40 CP II CP II-E 32 C 40 110 
C 40 CP III CP III 32 C 40 80 
Obs.: (*) Erro relativo médio de 3%.1
 
 
 
5.1.2 Resistência à Compressão do Concreto 
A resistência à compressão uniaxial foi determinada através do rompimento de seis 
corpos-de-prova cilíndricos de 10 cm x 20 cm capeados com enxofre, seguindo as 
prescrições da NBR 5739 (1994). Os valores médios encontrados podem ser vistos na 
Tabela 5.2 e nas Figuras 5.1 e 5.2. 
 
 
1 Erro relativo médio: 
X
XX RM
Δ
=Δ , onde XΔ é o erro absoluto médio da medida 
⎟
⎟
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎜
⎜
⎝
⎛
−
=Δ
∑
=
n
XX
X
n
i
i
1 e X é a média dos valores experimentais 
⎟
⎟
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎜
⎜
⎝
⎛
=
∑
=
n
X
X
n
i
i
1 . 
 151
Tabela 5.2 – Resultados do ensaio de resistência à compressão do concreto. 
Traço Classe de Resistência 
Resistência à Compressão (MPa)* 
3 dias 7 dias 14 dias 28 dias 56 dias 91 dias 
C 30 CP II C 30 18,3 27,7 32,3 35,6 40,4 43,5 
C 30 CP III C 30 13,9 21,5 27,5 35,6 40,1 45,7 
C 40 CP II C 40 26,3 33,0 39,7 42,7 46,9 48,1 
C 40 CP III C 40 17,7 26,3 34,3 42,5 44,7 49,3 
 
 
0
10
20
30
40
50
0 14 28 42 56 70 84 98
Idade (dias)
R
es
ist
ên
ci
a 
à 
C
om
pr
es
sã
o 
(M
Pa
)
C30 CP II C30 CP III
 
Figura 5.1 - Evolução da resistência ao longo do tempo para os traços C30 CP II e 
C30 CP III. 
 
0
10
20
30
40
50
0 14 28 42 56 70 84 98
Idade (dias)
R
es
ist
ên
ci
a 
à 
C
om
pr
es
sã
o 
(M
Pa
)
C40 CP II C40 CP III
 
Figura 5.2 - Evolução da resistência ao longo do tempo para os traços C40 CP II e 
C40 CP III. 
 152
Analisando a evolução ao longo do tempo da resistência à compressão para os traços 
fabricados com os cimentos CP II E-32 e CP III 32, respectivamente, pode-se concluir 
que as resistências almejadas, para a idade de 28 dias, foram alcançadas em todos os 
casos. Verifica-se também que nas idades até 56 dias, os valores de resistência obtidos 
com o cimento CP II E 32 não foram superados pelos obtidos com o cimento CP III 32 
para uma mesma classe de resistência de concreto. Aos 91 dias de idade as resistências 
dos concretos produzidos com cimento CP III 32 foram maiores em relação aos 
fabricados com cimento CP II E 32. Os gráficos das Figuras 5.1 e 5.2 ilustram este fato. 
 
Este comportamento do concreto está relacionado às características específicas da 
composição dos cimentos adotados. O cimento CP III 32 apresenta um teor de escória 
em maior percentual (ver Tabela 4.5), o que proporciona um baixo calor de hidratação, 
e, por conseguinte, um ganho mais lento de resistência em relação ao CP II E 32. A 
partir de 56 dias de idade ele passou a apresentar uma taxa de crescimento de resistência 
maior ao longo do tempo. 
 
A NBR 6118:2003 apresenta uma equação para avaliação da resistência à compressão 
do concreto ao longo do tempo. A equação é dada por: 
diasccj ftsf 28.}]
281[.{ −= exp , (5.1) 
onde: 
fcj = resistência à compressão do concreto na idade de j dias; 
fc 28 dias = resistência à compressão do concreto na idade de 28 dias; 
s = coeficiente de crescimento da resistência em função do tipo de cimento; 
s = 0, 25 para cimento CP II E 32; 
s = 0, 38 para cimento CP III 32; 
t = idade do concreto em dias. 
 
As Figuras 5.3 e 5.4 apresentam uma análise comparativa da equação acima com os 
resultados obtidos neste estudo para os cimentos CP II E 32 e CP III 32 
respectivamente. Para o cimento CP II E 32 observa-se uma boa correlação entre os 
resultados, com os valores calculados pela equação prescrita pela NBR 6118 sempre 
inferiores aos medidos nos ensaios. Já para o cimento CP III 32, a equação da NBR 
6118 estima valores quase sempre maiores que os medidos nos ensaios. 
 153
 
0
0,25
0,5
0,75
1
1,25
1,5
0 14 28 42 56 70 84 98
Idade (dias)
fc / fc 28 dias
Concreto C 30
Concreto C 40
Equação da NBR 6118
 
Figura 5.3 - Evolução da resistência à compressão até 91 dias - CP II E 32. 
 
0
0,25
0,5
0,75
1
1,25
1,5
0 14 28 42 56 70 84 98
Idade (dias)
fc / fc 28 dias
Concreto C 30
Concreto C 40
Equação da NBR 6118
 
Figura 5.4 - Evolução da resistência à compressão até 91 dias - CP III 32. 
 
 154
5.1.3 Módulo de Elasticidade Estático Secante 
O módulo de elasticidade estático secante (Ecs) a uma tensão indicada foi avaliado 
segundo a norma brasileira NBR 8522 (2003). As Figuras 5.5 a 5.8 apresentam as 
curvas tensão-deformação dos concretos C30 CP II, C30 CP III, C40 CP II e C40 CP 
III, respectivamente para as idades de 3 a 91 dias. As deformações foram medidas para 
um carregamento aplicado até aproximadamente 60% da carga de ruptura dos corpos-
de-prova ensaiados. 
0
5
10
15
20
0 200 400 600 800 1000 1200
Deformação (10-6)
Te
ns
ão
 (M
Pa
)
25
30
3 dias 7 dias 14 dias 28 dias 56 dias 91 dias
 
Figura 5.5 - Curvas tensão-deformação dos concretos do traço C30 CP II para as idades 
de 3, 7, 14, 28, 56 e 91 dias. 
 
0
5
10
15
20
25
30
0 200 400 600 800 1000 1200
Deformação (10-6)
Te
ns
ão
 (M
Pa
)
3 dias 7 dias 14 dias 28 dias 56 dias 91 dias
 
Figura 5.6 - Curvas tensão-deformação dos concretos do traço C30 CP III para as 
idades de 3, 7, 14, 28, 56 e 91 dias. 
 155
 
 
0
5
10
15
20
25
30
0 200 400 600 800 1000 1200
Deformação (10-6)
Te
ns
ão
 (M
Pa
)
3 dias 7 dias 14 dias 28 dias 56 dias 91 dias
 
Figura 5.7 - Curvas tensão-deformação dos concretos do traço C40 CP II para as idades 
de 3, 7, 14, 28, 56 e 91 dias. 
 
 
0
5
10
15
20
25
30
0 200 400 600 800 1000 1200
Deformação (10-6)
Te
ns
ão
 (M
Pa
)
3 dias 7 dias 14 dias 28 dias 56 dias 91 dias
 
Figura 5.8 - Curvas tensão-deformação dos concretos do traço C40 CP III para as 
idades de 3, 7, 14, 28, 56 e 91 dias. 
 
 156
O módulo de elasticidade estático secante (Ecs), a uma tensão indicada, foi calculado 
utilizando-se para o valor do ponto inferior da reta que o define a tensão igual a 0,5 
MPa. Para o ponto superior empregou-se uma tensão correspondente a 40 % do valor da 
resistência à compressão encontradapara a idade correspondente. Na Tabela 5.3 estão 
apresentados os valores médios de Ecs obtidos a partir do ensaio de três corpos-de-prova 
capeados com enxofre. 
 
Tabela 5.3 - Resultados dos ensaios para obtenção do módulo de elasticidade 
estático secante. 
Traço Classe de Resistência 
Módulo de Elasticidade Estático Secante (GPa)* 
3 dias 7 dias 14 dias 28 dias 56 dias 91 dias 
C 30 CP II C 30 15,8 17,9 19,5 19,8 22,7 23,8 
C 30 CP III C 30 14,6 16,8 18,7 21,2 22,8 24,5 
C 40 CP II C 40 17,4 18,3 20,8 20,8 22,5 25,6 
C 40 CP III C 40 15,4 18,4 19,3 22,2 24,0 26,3 
Obs.: (*) Erro relativo médio de 5%. 
 
Analisando a evolução ao longo do tempo do módulo de elasticidade secante para os 
traços fabricados com os cimentos CP II E-32 e CP III 32, verifica-se que nas idades até 
14 dias, os valores obtidos com o cimento CP II E 32 tendem a se manter superiores aos 
obtidos pelo cimento CP III 32 para uma mesma classe de resistência de concreto. A 
partir desta idade este fato se inverte: os módulos de elasticidade dos concretos 
produzidos com cimento CP III 32 foram maiores em relação aos fabricados com 
cimento CP II E 32. Os gráficos das Figuras 5.9 e 5.10 mostram a evolução do módulo 
de elasticidade com o tempo. 
 
Pôde-se observar por meio dos ensaios realizados que a influência da adição de escória 
de alto-forno em teores mais elevados no cimento retarda mais o ganho de resistência do 
que o do módulo de elasticidade nos concretos. 
 
 157
0
5
10
15
20
25
0 14 28 42 56 70 84 98
Idade (dias)
M
ód
ul
o 
de
 E
la
st
ic
id
ad
e 
Se
ca
nt
e 
(G
Pa
)
CP II E 32
CP III 32 
 
Figura 5.9 – Evolução ao longo do tempo do módulo de elasticidade para concretos da 
classe C 30. 
 
 
0
5
10
15
20
25
30
0 14 28 42 56 70 84 98
Idade (dias)
M
ód
ul
o 
de
 E
la
st
ic
id
ad
e 
Se
ca
nt
e 
(G
Pa
)
CP II E 32
CP III 32 
 
Figura 5.10 – Evolução ao longo do tempo do módulo de elasticidade para concretos da 
classe C 40. 
 
 158
Pôde-se observar por meio dos resultados de resistência à compressão e módulo de 
elasticidade apresentados respectivamente nas Tabelas 5.2 e 5.3 que o cimento CP III 32 
fabricado com a escória menos amorfa utilizado no traço C40 CP III apesar de ter 
apresentado a menor resistência à compressão segundo a NBR 7215:1996, não 
comprometeu as propriedades mecânicas analisadas de tal do concreto. 
 
O código modelo do CEB (1990) apresenta uma equação para avaliação do módulo de 
elasticidade do concreto ao longo do tempo. A equação é dada por: 
 
diasc
/
cj E.}]t[.s{expE 28
21
281 −= , (5.2) 
 
onde: 
 
Ecj = módulo de elasticidade do concreto na idade de j dias; 
Ec 28 dias = módulo de elasticidade do concreto na idade de 28 dias; 
s = coeficiente de crescimento da resistência em função do tipo de cimento; 
s = 0, 25 para cimento CP II E 32; 
s = 0, 38 para cimento CP III 32; 
t = idade do concreto em dias. 
 
 
As Figuras 5.11 e 5.12 apresentam uma análise comparativa da equação acima com os 
resultados obtidos neste estudo para os cimentos CP II E-32 e CP III 32 
respectivamente. Neste caso observa-se uma boa correlação entre os resultados, em 
todas as idades, para ambos os cimentos utilizados. 
 
 
 
 159
0
0,25
0,5
0,75
1
1,25
1,5
0 14 28 42 56 70 84 9
Idade (dias)
Ec / Ec 28 dias
8
Concreto C 30
Concreto C 40
Equação da CEB 1990
 
Figura 5.11 – Evolução do módulo de elasticidade até 91 dias – CP II E 32. 
 
 
 
0
0,25
0,5
0,75
1
1,25
1,5
0 14 28 42 56 70 84 9
Idade (dias)
Ec / Ec 28 dias
8
Concreto C 30
Concreto C 40
Equação da CEB 1990
 
Figura 5.12 – Evolução do módulo de elasticidade até 91 dias – CP III 32. 
 
 
 160
 
A NBR 6118:2003 apresenta uma expressão para avaliação do módulo de elasticidade 
estático secante em função da resistência à compressão. A equação é dada por: 
 
 , (5.3) ccs fE 560085,0 x=
onde: 
 
Ecs = módulo de elasticidade secante (MPa). 
fc = resistência característica à compressão do concreto (MPa). 
 
Os valores calculados por esta expressão foram comparados com os obtidos neste 
estudo. O resultado desta comparação pode ser visto na Figura 5.13 e indica que os 
valores previstos pela expressão da NBR 6118 são significativamente maiores que os 
medidos no ensaio. 
 
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0 12 24 36 48 60
Resistência à Compressão (MPa)
M
ód
ul
o 
de
 E
la
st
ic
id
ad
e 
Se
ca
nt
e 
(G
Pa
)
CP II E 32
CP III 32 
Equação da NBR 6118
 
Figura 5.13 - Gráfico comparativo do Módulo de Elasticidade Estático Secante - 
NBR 6118/2003. 
 
 161
A Figura 5.14 apresenta os resultados obtidos por NUNES (2005) para o módulo de 
elasticidade secante de concretos fabricados utilizando-se o gnaisse como agregado 
graúdo e o CP III 40 RS como aglomerante. Os resultados apresentados referem-se a 
concretos cujas relações água/aglomerante variam de 0,4 a 0,5, sendo equivalentes às 
empregadas nos traços utilizados neste trabalho. 
 
 
0
5
10
15
0 12 24 36 48 60
Resistência à Compressão (MPa)
M
ód
ul
o 
de
 E
la
st
20
25
30
35
40
ic
id
ad
e 
Se
ca
nt
e 
(G
Pa
)
CP II E 32
CP III 32 
CP III 40 RS (NUNES, 2005)
Equação da NBR 6118:2003
 
Figura 5.14 - Gráfico comparativo do Módulo de Elasticidade Estático Secante - 
NBR 6118/2003 incluindo os valores obtidos por NUNES (2005). 
 
 
Verifica-se que a expressão proposta pela NBR 6118:2003 para avaliação do módulo de 
elasticidade secante em função da resistência à compressão também superestima os 
valores do módulo dos concretos obtidos por NUNES (2005). Os valores obtidos por 
NUNES (2005) estão próximos aos obtidos no presente estudo. 
 
 
 162
A equação para o módulo de elasticidade secante apresentada a seguir foi selecionada 
dentre as equações ajustadas aos dados experimentais de fc e Ec apresentadas por 
NUNES (2005) que melhor corresponde aos agregados e aos fatores água/aglomerante 
utilizados nesse trabalho. A representação gráfica da mesma pode ser vista na Figura 
5.15. 
 ccsE 410x85,0= (5.4) f0 
onde: 
Ecs = módulo de elasticidade secante (MPa). 
 concreto (MPa). 
 
 
fc = resistência característica à compressão do
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0 12 24 36 48 60
Resistência à Compressão (MPa)
M
ód
ul
o 
de
 E
la
st
ic
id
ad
e 
Se
ca
nt
e 
(G
Pa
)
CP II E 32
CP III 32 
CP III 40 RS (NUNES, 2005)
Equação da NBR 6118:2003
Equação NUNES (2005)
 
Figura 5.15 - Gráfico comparativo do Módulo de Elasticidade Estático Secante e a 
ais análises levam a questionar o uso da expressão proposta pela NBR 6118:2003 para 
equação proposta por NUNES (2005). 
 
T
a obtenção do módulo de elasticidade em função da resistência na fase de projeto. Os 
resultados obtidos pelo uso da mesma fornecem valores de rigidez do material maiores 
do que os medidos nestes ensaios. 
 163
5.1.4 Coeficiente de Permeabilidade à Água 
Para o ensaio de permeabilidade à água, utilizou-se o aparato fabricado pela Germann 
Instruments para avaliação “in-situ” da permeabilidade das camadas superficiais do 
concreto. Este aparato permite avaliar o fluxo de água passante pelo concreto ao longo 
do tempo. Esta água está submetida a uma determinada pressão que pode ser facilmente 
controlada e regulada. A pressão utilizada no estudo corresponde a uma altura de 4,08 
metros de coluna d’água. Depois da fixação do aparato sobre cada disco de concreto, 
iniciava-se o ensaio determinando os valores do fluxo de água ao longo do tempo. Com 
base no valor médio deste fluxo, o coeficiente de permeabilidade foi determinado de 
acordo com a seguinte equação: 
 
 
⎟
⎠
⎞⎜
⎝
⎛Δ
=
mm
P.b
qK p
15
 ,(5.6) 
 
onde: 
 
Kp é o coeficiente de permeabilidade (m/segundo); 
q é o fluxo médio de água (m/segundo) calculado segundo a eq. 3.1; 
b é a porcentagem da pasta de cimento na mistura; e 
ΔP é a pressão utilizada igual a 4080 mm de coluna d’água. 
 
A Tabela 5.4 apresenta os valores médios do fluxo e dos coeficientes de permeabilidade 
a água para os diversos concretos nas diferentes idades. 
 
 
 
 
 
 164
Tabela 5.4 – Resultados dos ensaios de permeabilidade à água. 
Traço Fator a/c 
Percentual 
de pasta de 
cimento 
Grandezas 
Idades 
28 dias 56 dias 91 dias 
C 30 CP II 0,50 32,29 % Fluxo q (m/s) ---- ---- 1,03 x 10 -7 
 Kp (m/s) ---- ---- 1,17 x 10 -11 
C 30 CP III 0,50 32,33 % Fluxo q (m/s) 1,87 x 10 -7 1,10 x 10 -7 5,47 x 10 -8 
 Kp (m/s) 2,13 x 10 -11 1.14 x 10 -11 6,21 x 10 -12 
C 40 CP II 0,40 36,91 % Fluxo q (m/s) 7,26 x 10 -8 2,97 x 10 -8 6,34 x 10 -9 
 Kp (m/s) 7,23 x 10 -12 2,96 x 10 -12 6,31 x 10 -13 
C 40 CP III 0,40 36,85 % Fluxo q (m/s) 1,13 x 10 -8 3,93 x 10 -9 1,91 x 10 -9 
 Kp (m/s) 1,12 x 10 -12 3,91 x 10 -13 1,19 x 10 -13 
Obs.: (*) Erro relativo médio de 2%. 
 
Para o traço C30 CP II não foi possível determinar o fluxo e o coeficiente de 
permeabilidade nas idades de 28 e 56 dias devido à indisponibilidade do equipamento 
de ensaio que estava em reparos. 
 
Diante dos resultados apresentados pode-se notar que, para um mesmo concreto, o 
coeficiente de permeabilidade diminui com a idade de ensaio: para idades mais 
avançadas o valor é sempre menor. Este fato revela que um maior período de hidratação 
do cimento proporciona uma matriz mais densa e consequentemente uma menor 
permeabilidade do concreto. Esta redução na permeabilidade é mais significativa entre a 
idade de 91 dias em relação a 56 dias do que entre 56 dias em relação a 28 dias. 
 
A análise destes resultados mostra também uma significativa redução no coeficiente de 
permeabilidade entre os concretos fabricados com cimento CP III 32, quando se passa 
de um fator água/cimento (a/c) de 0,50 para 0,40. Este fato pode ser visto na Figura 
5.16. Este resultado revela a importância da relação a/c na permeabilidade do concreto. 
 
 165
0,0E+00
5,0E-12
1,0E-11
1,5E-11
2,0E-11
2,5E-11
0 20 40 60 80 100
Idade (dias)
C
oe
fic
ei
nt
e 
de
 P
er
m
ea
bi
lid
ad
e 
 K
p
 (m
/s)
C30 CP III
C40 CP II
C40 CP III
 
Figura 5.16 - Gráfico comparativo dos valores do coeficiente de permeabilidade à água. 
 
Entre os concretos de mesma resistência à compressão almejada (C 40), pode-se 
observar que o fabricado com cimento CP III 32 apresentou coeficiente de 
permeabilidade significativamente menor em todas as idades investigadas. Este fato 
revela que um maior percentual de escória proporcionou uma matriz mais densa e 
consequentemente mais impermeável conforme já relatado por MEHTA e MONTEIRO 
(1994). 
 
Os coeficientes de permeabilidade obtidos nesta pesquisa foram similares aos valores 
comumente encontrados na literatura técnica. SOONGSWANG et al (1988) por 
exemplo, testando concretos fabricados com cimento de alta resistência inicial, com 
fator água-cimento e resistência à compressão aos 28 dias na mesma faixa de valores 
dos que foram utilizados neste estudo, obtiveram um coeficiente de permeabilidade a 
água da ordem de 4,5 x 10-12 m/s. KHATRI e SIRIVIVATNANON (1997) estudando 
concretos com resistências à compressão uniaxial de até 50 MPa obtiveram coeficientes 
de permeabilidade entre 1 x 10-13 m/s e 1,5 x 10-12 m/s. 
 
 166
Estudando a influência do consumo de cimento na permeabilidade do concreto, a equipe 
técnica do laboratório de concreto de Furnas chefiada por ANDRADE (1997) obteve 
um coeficiente de permeabilidade da ordem de 5 x 10-12 m/s para concretos com 
consumo de 500 quilos de cimento por metro cúbico. Com o mesmo objetivo, as 
influências do fator água-cimento e da dimensão máxima do agregado graúdo foram 
verificadas e mostraram que concretos com fator água-cimento de 0,40 e diâmetro 
máximo de 38 mm apresentam coeficientes de permeabilidade da ordem de 6,11x10-13 
m/s. 
 
5.1.5 Densidade Aparente 
A Tabela 5.5 e as Figuras 5.17 e 5.18 mostram a densidade aparente média dos corpos-
de-prova utilizados nos ensaios de resistência à compressão e módulo de elasticidade. A 
determinação da densidade aparente foi feita conforme procedimentos descritos na 
seção 3.1.1 deste trabalho. 
 
Tabela 5.5 - Densidade aparente média dos corpos-de-prova de concreto 10 x 20. 
Traço Classe de Resistência 
Densidade Aparente (g/cm3)* 
fresco 3 dias 7 dias 14 dias 28 dias 56 dias 91 dias 
C 30 CP II C 30 2,36 2,33 2,33 2,35 2,35 2,35 2,35 
C 30 CP III C 30 2,35 2,31 2,35 2,34 2,34 2,33 2,34 
C 40 CP II C 40 2,34 2,32 2,34 2,35 2,35 2,35 2,36 
C 40 CP III C 40 2,36 2,33 2,34 2,37 2,36 2,37 2,36 
Obs.: (*) Erro relativo médio de 1%. 
 
A redução de densidade entre o estado fresco e a idade de 3 dias observada em todos os 
casos pode ser devida à permanência do concreto nas formas de moldagem (a cura 
submersa foi iniciada aos 3 dias). Observa-se que ao se analisar isoladamente cada um 
dos traços, a partir dos 14 dias os valores das densidades sofrem pouca variação. Os 
concretos fabricados com o cimento CP II E 32 apresentaram comportamento bem 
semelhante. A diferença de composição dos cimentos CP III 32 utilizados refletiu em 
uma maior diferença na evolução da densidade dos concretos fabricados com esse tipo 
de cimento. A densidade aparente média obtida foi de 2,35 g/cm3.
 167
 
2,30
2,33
2,36
2,39
0 14 28 42 56 70 84 98
Idade (dias)
D
en
sid
ad
e 
(g
/c
m
3 )
C30 CP II C30 CP III
 
Figura 5.17 - Gráfico comparativo dos valores da densidade aparente média dos 
corpos-de-prova dos concretos da classe C30. 
 
2,30
2,33
2,36
2,39
0 14 28 42 56 70 84 98
Idade (dias)
D
en
sid
ad
e 
(g
/c
m
3 )
C40 CP II C40 CP III
 
Figura 5.18 - Gráfico comparativo dos valores da densidade aparente média dos 
corpos-de-prova dos concretos da classe C40. 
 
 
 
 168
5.2 Caracterização e Análise das Microestruturas do Concreto 
 
Buscou-se identificar as fases presentes e caracterizar os constituintes da microestrutura 
do concreto ao longo do processo de hidratação dos aglomerantes utilizados. Ensaios de 
espectroscopia de difração de raios X e de análises térmicas foram realizados com tal 
propósito. A microscopia eletrônica de varredura (MEV) foi empregada para descrever 
aspectos microestruturais, tanto no nível da morfologia de partículas individuais, quanto 
da textura (agrupamento e arranjos característicos de partículas). A estrutura de vazios 
do material foi investigada através da combinação das seguintes técnicas: ensaios de 
picnometria (hélio e mercúrio), porosimetria de mercúrio e adsorção de nitrogênio. As 
amostras empregadas nos ensaios foram coletadas e preparadas conforme descrito no 
capítulo 3 deste trabalho. 
 
5.2.1 Identificação das Fases Presentes 
Análises Difratométricas de Raios X 
Os ensaios por difratometria de raios X foram realizados em um equipamento Philips - 
Modelo PW 1810 (tubo de cobre, 40 kV). As fases mineralógicas foram identificadas 
obedecendo aos padrões estabelecidos pelo ICDD - International Center for Diffraction 
Data (2001). 
 
As fases identificadas foram agrupadas em três categorias conforme apresentado na 
Tabela 5.6. As análises foram feitas apenas a partir das fases anidras e hidratadas do 
cimento. As fases provenientes dos agregados são inertes, não trazendo informações 
relevantes para o presente estudo. 
 
As Figuras 5.19 a 5.24 apresentam a série completa de difratogramas de raios X das 
amostras extraídas do traço C30 CP II nas idades de 3, 7, 14, 28, 56 e 91 dias. Os 
difratogramas da série completa de ensaios realizados nos demais traços podem ser 
vistos no Anexo A desse trabalho. 
 169
Tabela 5.6 - Fases mineralógicas identificadas em amostras de argamassas retiradas 
dasmatrizes dos concretos ensaiados. 
Procedência Fase Identificada Fórmula Química 
Agregados 
Albita NaAlSi3O8 
Clorita Mg3(Si4O10)(OH)2.Mg3(OH)6 
Hornblenda Ca2Na(Mg,Fe)4(Al,Fe,Ti)3(Si8O22)(O,OH)2
Microclina KAlSi3O8 
Quartzo SiO2 
Fases não 
hidratadas dos 
cimentos 
Alita (C3S) Ca3SiO5 
Belita (C2S) Ca2SiO4 
Calcita CaCO3 
Gehlenita Ca2AlSi2O7 
Gipso* CaSO4.2H2O 
Fases hidratadas 
dos cimentos 
Etringita Ca6(Al(OH)6)2(SO4)3.26H2O 
Portlandita Ca(OH)2 
*Gipso é uma fase originalmente hidratada antes de sua adição no cimento. 
 
 
Figura 5.19 - Resultado do ensaio de espectroscopia de difração de raios X realizado 
na argamassa da matriz do concreto C30 CP II aos 3 dias de idade. 
 170
 
Figura 5.20 - Resultado do ensaio de espectroscopia de difração de raios X realizado 
na argamassa da matriz do concreto C30 CP II aos 7 dias de idade. 
 
 
Figura 5.21 - Resultado do ensaio de espectroscopia de difração de raios X realizado 
na argamassa da matriz do concreto C30 CP II aos 14 dias de idade. 
 171
 
Figura 5.22 - Resultado do ensaio de espectroscopia de difração de raios X realizado 
na argamassa da matriz do concreto C30 CP II aos 28 dias de idade. 
 
 
 
Figura 5.23 - Resultado do ensaio de espectroscopia de difração de raios X realizado 
na argamassa da matriz do concreto C30 CP II aos 56 dias de idade. 
 172
 
 
Figura 5.24 - Resultado do ensaio de espectroscopia de difração de raios X realizado 
na argamassa da matriz do concreto C30 CP II aos 91 dias de idade. 
 
 
Comparando os difratogramas apresentados nas Figuras 5.19 a 5.24 com os demais 
apresentados no anexo A, verifica-se que em cada idade não ocorreu nenhuma alteração 
significativa no padrão dos difratogramas em decorrência dos diferentes teores de 
escória adicionados, conforme indicado na Tabela 4.5. Tal constatação, já discutida por 
LARANJEIRA (1991), confirma mais uma vez a viabilidade da substituição do clínquer 
de cimento Portland pela escória de alto-forno, pois a expressiva reatividade 
apresentada a qualifica como um aditivo de alta qualidade para os fins propostos. 
 
A presença de alita (C3S) e de belita (C2S) em todos os ensaios executados indica que as 
reações de hidratação não se processaram completamente. Como a hidratação dessas 
fases gera ganhos na resistência do concreto, esse processo tardio pode ser responsável 
por parte dos ganhos residuais de resistência até a idade de 91 dias, ainda que tais 
ganhos ocorram com taxas muito inferiores às observadas até os primeiros 28 dias. Esse 
fato pode ser comprovado através da observação das Figuras 5.1 e 5.2. 
 173
Conforme esperado, os difratogramas dos concretos ensaiados aos 3 dias de idade 
identificaram a presença de etringita (AFt). De acordo com o apresentado no capítulo 2, 
a etringita é o primeiro hidrato a se cristalizar devido à elevada relação sulfato/alumínio 
no início da hidratação. A formação da etringita contribui para a perda de consistência e 
para o início da solidificação da pasta, com a formação de um pico de calor. Não foram 
identificados nos difratogramas a presença de monossulfatos. Segundo TAYLOR 
(1997), a fase AFm é consideravelmente menos cristalina nas pastas de cimento que o 
monossulfato puro. 
 
O espectro de difração de raios X não revelou linhas típicas de fase bem cristalizada, 
correspondentes ao C-S-H-gel conforme mencionado na literatura (TAYLOR, 1997; 
LARANJEIRA, 1991). As três principais raias comumente citadas pertencentes ao 
C-S-H situam-se a 3,0 - 3,1 Å, 2,8Å e 1,8Å (LARANJEIRA, 1991). O que se verificou 
claramente nos ensaios realizados foi a presença de uma banda de amorfização situada 
entre 20º e 40º em 2θ, reafirmando a presença de C-S-H observada em grande 
quantidade nos ensaios de microscopia eletrônica de varredura. 
 
A hidratação do cimento Portland gera uma quantidade de portlandita (CaOH2) da 
ordem de 20% da massa do cimento anidro, cuja presença tem um efeito negativo sobre 
a resistência mecânica (UCHIKAWA, 1986). A combinação deste hidróxido de cálcio 
com constituintes da escória forma uma estrutura composta basicamente por C-S-H, 
muito mais compacta e mecanicamente mais resistente que a original. 
 
Com o intuído de se determinar o teor de portlandita (CaOH2) presente nas diversas 
idades e traços dos concretos ensaiados, fez-se uma análise comparativa da intensidade 
relativa de seus picos principais identificados nos respectivos difratogramas. O quartzo 
foi utilizado como padrão interno, por ser um material inerte e representar o pico de 
maior intensidade em praticamente todas as amostras ensaiadas. Os resultados obtidos 
podem ser vistos na Figuras 5.25. 
 174
0
20
40
60
80
100
0 14 28 42 56 70 84 98
Idade (dias)
In
te
ns
id
ad
e 
R
el
at
iv
a 
(%
)
C30 CP II C30 CP III
C40 CP II C40 CP III
 
Figura 5.25 - Intensidade relativa dos picos principais de Ca(OH)2 obtidos nos ensaios 
de espectroscopia de difração de raios X realizados na argamassa da 
matriz dos concretos da classe C30 e C40. 
 
Os resultados mostram que o teor de portlandita aumenta nas primeiras idades, o que 
deve estar ocorrendo supostamente em função da hidratação do silicato tricálcico 
presente nos cimentos utilizados. A partir dos quatorze dias, verifica-se de um modo 
geral, uma tendência da redução dos teores de hidróxido de cálcio na argamassa do 
concreto, provavelmente em função das reações com os constituintes da escória de alto-
forno presente na composição dos cimentos utilizados. 
 
Nota-se um comportamento semelhante para os traços que utilizaram o cimento CP III 
como aglomerante. Além disso, nos concretos de classe C40, a redução do teor de 
Ca(OH)2 foi expressivamente maior no traço fabricado com o cimento CP III que 
contém cerca de 45% de adição de escória de alto-forno do tipo 2. 
 
Novamente pode-se associar a densificação da microestrutura dos concretos fabricados, 
acompanhada da redução dos teores de portlandita em decorrência das reações ocorridas 
com as escórias constituintes dos cimentos, com parte dos ganhos de resistência 
observados nas Figuras 5.1 e 5.2. A densificação da microestrutura também pode ser 
constatada a partir dos resultados apresentados na Figura 5.16, onde a permeabilidade 
do material reduz ao longo do tempo. 
 175
A redução da quantidade de hidróxido de cálcio ao longo do tempo nos concretos 
fabricados com adições de escória de alto-forno gera uma redução na reserva alcalina do 
material, podendo deixá-lo mais suscetível a deterioração por meio da carbonatação 
conforme já relatado por ISAIA et al. (2003) e MATALA (1994). Como, 
concomitantemente, a estrutura se torna mais densa à medida que os teores de hidróxido 
de cálcio são reduzidos, os efeitos danosos da redução dessa reserva alcalina são 
supostamente minimizados conforme relatado por MEHTA e MONTEIRO (1994). 
 
Análises Térmicas 
 
Foram realizadas nas argamassas dos quatro traços de concretos ensaiados nas idades de 
3, 7, 14, 28, 56 e 91 dias análises térmica diferencial (DTA) e termogravimétrica 
(TGA). Os equipamentos usados foram TGA-50H e DTA-50 da Shimadzu (1989). 
 
As análises térmicas fornecem informações importantes sobre a estabilidade térmica do 
concreto, pois é possível observar a região de desidratação da portlandita e, com isso, 
determinar a quantidade presente dessa fase (PARROTT e KILLOH, 1989; VILLAIN e 
PLATRET, 2005). 
 
A análise térmica diferencial baseia-se na medida da diferença de temperatura que pode 
existir entre a amostra e um material de referência inerte. Já a termogravimetria mede a 
massa de uma amostra em função do tempo e da temperatura, fornecendo o perfil de 
perda de massa em função da temperatura. 
 
A curva obtida por TGA mostra uma faixa de queda de massa que ocorre entre 450 oC e 
490 °C, mesma faixa onde a curva obtida por DTA apresenta um pico, conforme pode 
ser visto na Figura 5.26. Esse picoé associado à perda de massa causada pela 
desidratação da portlandita. A medida da área desse pico fornece a quantidade de 
energia liberada nessa reação, que é função da quantidade de portlandita presente. 
 
 176
As curvas das análises térmicas da série completa de ensaios realizados em todos os 
traços nas idades de 3, 7, 14, 28, 56 e 91 dias podem ser vistos no Anexo B desse 
trabalho. 
 
 
Figura 5.26 - Resultado dos ensaios de análises térmicas realizados na argamassa da 
matriz do concreto C30 CP II aos 3 dias de idade. 
 
A Figura 5.27 mostra o calor absorvido pela reação de desidratação da portlandita em 
função da idade, para todos os traços. 
0
10
20
30
40
50
60
0 14 28 42 56 70 84 98
Idade (dias)
C
al
or
 A
bs
or
vi
do
 (J
/g
)
C30 CP II C30 CP III
C40 CP II C40 CP III
 
Figura 5.27 - Calor absorvido pela reação de desidratação da portlandita para todos os 
traços em função da idade. 
 177
Nota-se um comportamento semelhante para os traços que utilizaram o cimento 
CP III 32 como aglomerante. Esses apresentam menores teores de portlandita que os 
obtidos a partir dos traços que utilizaram o cimento CP II E 32. Além disso, é possível 
observar que a partir dos 28 dias o teor de portlandita das amostras ensaiadas que 
utilizavam o cimento CP III 32 apresentam leve queda até a idade de 91 dias. Já nos 
traços que utilizaram o CP II E 32, verifica-se um aumento dos teores até a idade de 56 
dias, a partir de onde se percebe a redução de tais teores. 
Os resultados apresentados na Figura 5.27 mostram-se coerentes com os obtidos por 
meio dos difratogramas e apresentados na Figura 5.25. As diferenças que podem ser 
observadas estão dentro das incertezas inerentes aos ensaios e a heterogeneidade 
característica do material analisado. 
As Figuras 5.28 a 5.30 mostram as curvas de TG dos concretos das classes C30 e C40 
fabricados com os cimentos CP II E 32 e CP III 32 para as idades de 3, 28 e 91 dias. 
Observa-se que a maior capacidade do material reter água livre está mais associada à 
classe de resistência do que ao tipo de cimento utilizado possivelmente em decorrência 
do maior consumo de cimento empregado na fabricação dos mesmos. Este resultado é 
um indício de que esses concretos possuem estruturas mais compactas. Os resultados de 
permeabilidade vistos na Figura 5.16 mostram que realmente os concretos da classe C40 
apresentam graus de permeabilidade menores para todas as idades ensaiadas. 
80
82
84
86
88
90
92
94
96
98
100
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900
Temperatura (ºC)
M
as
sa
 (%
)
C30 CP II C30 CPIII C40 CP II C40 CP III 
Figura 5.28 - Curvas de TG dos concretos das classes C30 e C40 aos 3 dias de idade. 
 178
80
82
84
86
88
90
92
94
96
98
100
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900
Temperatura (ºC)
M
as
sa
 (%
)
C30 CP II C30 CPIII C40 CP II C40 CP III
 
Figura 5.29 - Curvas de TG dos concretos das classes C30 e C40 aos 28 dias de idade. 
 
80
82
84
86
88
90
92
94
96
98
100
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900
Temperatura (ºC)
M
as
sa
 (%
)
C30 CP II C30 CP III C40 CP II C40 CP III
 
Figura 5.30 - Curvas de TG dos concretos das classes C30 e C40 aos 91 dias de idade. 
 
As curvas de TG dos quatro traços analisados aos 91 dias de idade mostradas na Figura 
5.30 se encontram praticamente sobrepostas e indicam uma grande capacidade de 
retenção de água livre. Provavelmente, isso ocorreu porque nessa idade boa parte das 
reações de hidratação dos cimentos já se processou favorecendo a redução do volume de 
poros do material, tornando-os consequentemente mais compactos. 
 179
Análise Por Microscopia Eletrônica de Varredura 
 
As análises por microscopia eletrônica de varredura (MEV) foram realizadas em um 
microscópio da marca JEOL, modelo JSM-6360LV acoplado a um espectrômetro 
dispersivo em energia (EDS), marca Thermonoran, modelo Quest. 
 
Foram obtidas fotomicrografias para todos os traços em diversas idades, onde foi 
possível observar aspectos gerais da estrutura do concreto e da morfologia dos produtos 
de hidratação. Foram ainda realizadas análises por linescan na zona de transição que 
permitiram identificar os teores de silício e cálcio na mesma. 
 
Observou-se maior ocorrência de grânulos de silicatos de cálcio hidratado C-S-H com 
diferentes morfologias e composições. A morfologia predominante foi a tipo III (LEA, 
1970; JAWED et al, 1893) constituída por aglomerados de partículas, pequenos grãos 
equiaxiais formando flocos, como pode ser visto na Figura 5.31, ponto C3. Outra 
morfologia encontrada para o C-S-H é a de tipo II, que possui estrutura reticular, 
mostrada na Figura 5.31, ponto C2. Foram observadas estruturas mais compactas para 
idades mais avançadas conforme mostrado nas Figuras 5.32 a 5.34. 
 
A relação CaO/SiO2 (C/S) dos silicatos variou de 1 a 5, sendo que, em média, os valores 
mais elevados foram encontrados nos concretos utilizando CP II E 32. Tal constatação 
sugere que concretos fabricados com cimentos contento teores mais elevados de escória 
possuem menores reservas alcalinas, sendo mais suscetíveis à carbonatação. As análises 
realizadas por RIGO (1998) mostraram que a família de géis de C-S-H possui uma 
relação de C/S variando até 4,6, valores estes bem semelhantes aos aqui apresentados. 
 
Os cristais de hidróxido de cálcio, portlandita, se apresentaram na forma de placas 
hexagonais, como pode ser visto na Figura 5.35, ponto P. Nas análises microscópicas 
não foi observada a presença do monossulfato. 
 
 180
 
C3 
C2 
Figura 5.31 - Fotomicrografia da seção fraturada do concreto C40 CP II aos 7 dias de 
idade. C2 indica o C-S-H com morfologia de tipo II, que possui estrutura 
reticular. C3 indica a morfologia tipo III, que possui estrutura de 
pequenos grãos equiaxiais formando flocos, predominante em todas as 
amostras. 
 
 
 
 
Figura 5.32 - Fotomicrografia da zona de transição do concreto C40 CP III aos 7 
dias. Aumento 2000x. 
 181
 
 
 
Figura 5.33 - Fotomicrografia da zona de transição do concreto C40 CP III aos 28 
dias. Aumento 2000x. 
 
 
 
 
Figura 5.34 - Fotomicrografia da zona de transição do concreto C40 CP III aos 56 
dias. Aumento 2000x. 
 
 182
 
P 
Figura 5.35 - Fotomicrografia da seção fraturada do concreto C40 CP III aos 7 dias 
de idade. O ponto P mostra um cristal hexagonal de portlandita 
pertencente a um grupo de cristais enédricos, dentro de um poro. 
 
Em alguns pontos, foi observada a presença da etringita na forma acicular conforme 
mostrado na Figura 5.36. 
 
 
E 
Figura 5.36 - Fotomicrografia da seção fraturada do concreto C30 CP II aos 28 dias 
de idade. O ponto E mostra um cristal de etringita, que se apresenta na 
forma acicular. 
 183
Fotomicrografias típicas da zona de transição entre o agregado (região A) e a argamassa 
são mostradas nas Figura 5.37 e 5.38 onde se observa a presença de fissuras. 
 
 
Figura 5.37 - Fotomicrografia da zona de transição do concreto C40 CP III aos 7 dias 
de idade. A região A indica o agregado e C3 indica C-S-H com estrutura 
tipo III. 
 
 
A 
C3 
A 
C3 
Figura 5.38 - Fotomicrografia da zona de transição do concreto C30 CP II aos 14 dias 
de idade. Destaque para a fissura observada na zona de transição. 
 
 184
A região da zona de transição apresenta predominância de C-S-H, entretanto o elevado 
teor de cálcio observado nas análises por linescan sugere a presença de portlandita. A 
análise por linescan fornece a variação do teor de elementos químicos predefinidos ao 
longo de uma linha traçada na região onde se deseja fazer as análises, como é mostrado 
na Figura 5.39. 
 
 
(a) 
(b) Ca (c) Si 
 
Figura 5.39 - Resultado da análise de composição química por linescan. (a) Foto-
micrografia da zona de transição do concreto C30 CP III aos 14 dias de 
idade. (b) A linha verde representa a variação de cálcio ao da linha de 
53 μm indicadaem (a). (c) A linha vermelha representa a variação de 
silício ao longo da linha. 
 185
5.2.2 Caracterização e Análise da Estrutura de Vazios 
Porosidade Total 
A porosidade total das argamassas extraídas das matrizes dos concretos estudados pode 
ser determinada uma vez conhecida a densidade da fração sólida (ρs) obtida através do 
ensaio de picnometria com hélio e da densidade aparente (ρa) obtida através do ensaio 
de picnometria de mercúrio. Os resultados obtidos podem ser vistos na Tabela 5.7 e nas 
Figuras 5.40 a 5.43. 
 
Tabela 5.7 - Densidades das argamassas dos concretos obtidas por meio de ensaios 
de picnometria com hélio e mercúrio. 
Idades 
C30 CP II C30 CP III C40 CP II C40 CP III 
ρs 
(g/cm3) 
ρa 
(g/cm3) 
ρs 
(g/cm3) 
ρa 
(g/cm3) 
ρs 
(g/cm3) 
ρa 
(g/cm3) 
ρs 
(g/cm3) 
ρa 
(g/cm3) 
3 2,57 1,97 2,58 1,89 2,57 1,97 2,63 1,90 
7 2,57 1,88 2,58 1,97 2,53 1,97 2,60 1,96 
14 2,54 1,98 2,55 1,97 2,52 1,98 2,59 1,94 
28 2,54 1,99 2,52 2,12 2,43 2,08 2,49 2,04 
56 2,52 2,09 2,45 2,11 2,43 2,10 2,48 2,02 
91 2,41 2,03 2,44 2,16 2,43 2,06 2,44 2,23 
Obs.: Obs.: (*) Erro relativo médio de 1%. 
 
1,70
1,80
1,90
2,00
2,10
2,20
2,30
0 14 28 42 56 70 84 98
Idade (dias)
D
en
sid
ad
e 
(g
/c
m
3 )
C30 CP II C30 CP III
 
Figura 5.40 - Densidade aparente (ρa) das argamassas extraídas dos concretos da classe 
C30. 
 
 186
 
1,70
1,80
1,90
2,00
2,10
2,20
2,30
0 14 28 42 56 70 84 98
Idade (dias)
D
en
sid
ad
e 
(g
/c
m
3 )
C40 CP II C40 CP III
 
Figura 5.41 - Densidade aparente (ρa) das argamassas extraídas dos concretos da classe 
C40. 
 
 
2,25
2,35
2,45
2,55
2,65
2,75
0 14 28 42 56 70 84 98
Idade (dias)
D
en
sid
ad
e 
(g
/c
m
3 )
C30 CP II C30 CP III
 
Figura 5.42 - Densidade da fração sólida (ρs) das argamassas extraídas dos concretos 
da classe C30. 
 
 187
2,25
2,35
2,45
2,55
2,65
2,75
0 14 28 42 56 70 84 98
Idade (dias)
D
en
sid
ad
e 
(g
/c
m
3 )
C40 CP II C40 CP III
 
Figura 5.43 - Densidade da fração sólida (ρs) das argamassas extraídas dos concretos 
da classe C40. 
 
As variações observadas nas densidades acontecem predominantemente até a idade de 
28 dias, onde as reações de hidratação dos cimentos ocorrem com maior intensidade. As 
densidades aparentes vistas nas Figuras 5.40 e 5.41 apresentam uma tendência de 
crescimento uma vez que o volume total de poros tende a diminuir formando uma 
estrutura interna mais compacta sendo capaz de reter uma maior quantidade de água 
livre. Devemos estar atentos para o fato de que os resultados apresentados não foram 
obtidos a partir de um mesmo corpo-de-prova analisado ao longo do tempo e sim a 
partir de diversos corpos-de-prova da mesma classe de resistência, mantidos submersos 
em água até a idade indicada e extraídos após o ensaio de compressão axial dos 
mesmos. 
Por outro lado a densidade da fração sólida tende a diminuir conforme mostrado nas 
Figuras 5.42 e 5.43, uma vez que os produtos hidratados do cimento são menos densos 
que os de sua fase anidra. Segundo DIAMOND (1989) e RAYMENT (1982), 1 cm3 de 
cimento produz aproximadamente 2 cm3 de produtos hidratados. 
Os valores da densidade aparente média dos corpos-de-prova de concreto (10 x 20) cm 
apresentados na Tabela 5.5 encontram-se entre os valores da densidade da fração sólida 
(ρs) obtida através do ensaio de picnometria com hélio e da densidade aparente (ρa) 
 188
obtida através do ensaio de picnometria de mercúrio apresentados na Tabela 5.7 
conforme pode ser visto na Figura 5.44. 
 
1,60
2,00
2,40
2,80
0 14 28 42 56 70 84 98
Idade (dias)
D
en
si
da
de
s 
do
 T
ra
ço
 C
P 
II 
30
 (g
/c
m
3 )
Densidade Aparente (Picnometria de Hg)
Densidade do Corpo-de Prova
Densidade da Fração Sólida (Picnometria com He)
 
Figura 5.44 - Comparativo da densidade da fração sólida (ρs) e da densidade aparente 
(ρa) da argamassa e da densidade aparente dos corpos-de-prova do traço 
C30 CP II. 
 
Observa-se que com o avanço da idade do concreto os valores da densidade da fração 
sólida da argamassa e da densidade aparente dos corpos-de-prova se aproximam. Aos 3 
dias de idade a diferença é de aproximadamente 9% chegando a algo em torno de 2% 
aos 91 dias. 
 
A porosidade total (PT) pode então ser determinada a partir da expressão 5.7 
apresentada a seguir. 
 100.1 ⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
−=
s
a
TP ρ
ρ
 (5.7) 
Os resultados obtidos podem ser vistos na Tabela 5.8 e na Figura 5.45. 
 189
 
Tabela 5.8 - Porosidade total nas argamassas dos concretos analisados. 
Traço Classe de Resistência 
Porosidade Total (%)* 
3 dias 7 dias 14 dias 28 dias 56 dias 91 dias 
C 30 CP II C 30 23,57 26,90 22,14 21,57 17,02 15,84 
C 30 CP III C 30 26,62 23,74 22,81 16,11 14,04 11,72 
C 40 CP II C 40 23,39 21,94 21,25 15,10 13,48 14,13 
C 40 CP III C 40 27,72 24,75 25,33 18,00 18,53 8,44 
Obs.: (*) Erro relativo médio de 2%. 
 
0%
10%
20%
30%
40%
0 14 28 42 56 70 84 98
Idade (dias)
Po
ro
si
da
de
 T
ot
al
C30 CP II C30 CP III
C40 CP II C40 CP III
 
Figura 5.45 - Porosidade total das argamassas extraídas dos concretos das classes C30 e 
C40. 
 
Os resultados obtidos indicam uma redução ao longo do tempo do volume total de poros 
nas argamassas extraídas dos concretos ensaiados. Aos 3 dias temos em média 25% de 
porosidade contra 12% aos 91 dias. 
Esses resultados estão em conformidade com os obtidos a partir das curvas de TG 
apresentadas nas Figuras 5.28 a 5.30. Verifica-se a formação de estruturas mais 
compactas ao longo do tempo. As análises de TG, porém permitem diferenciar o 
comportamento dos concretos fabricados com fatores água/aglomerante diferentes; já 
nas curvas obtidas para as porosidades totais não se observa distinção em função do tipo 
de cimento utilizado e nem mesmo do fator água/aglomerante. Todas as curvas 
mostradas na Figura 5.45 apresentam comportamento semelhante. 
 190
Mesmo com a redução do volume de poros os concretos da classe C30 se mostraram 
mais permeáveis conforme indicado na Figura 5.16. Essa constatação sugere que haja 
uma maior conectividade entre os poros desse material podendo estar acompanhado de 
uma zona de transição menos densa. 
Porosidade Aberta 
A porosidade aberta (PA) das argamassas extraídas das matrizes dos concretos estudados 
foi considerada neste trabalho como sendo aquela medida pela porosimetria de mercúrio 
conforme adotado em outros trabalhos (DIAMOND, 1989; RIGO, 1998). Essa técnica 
permite caracterizar o material fornecendo a sua distribuição de poros tipicamente em 
torno de 0,1 μm a 100 μm. Poros menores que 0,1 μm não foram computados no 
volume total de poros abertos apresentado na Tabela 5.9 e na Figura 5.46. 
 
Tabela 5.9 - Percentual de poros abertos nas argamassas dos concretos analisados. 
Traço Classe de Resistência 
Poros Abertos (%)* 
3 dias 7 dias 14 dias 28 dias 56 dias 91 dias 
C 30 CP II C 30 11,86 14,48 10,61 10,13 10,10 10,13 
C 30 CP III C 30 11,16 15,16 14,26 11,70 11,10 10,48 
C 40 CP II C 40 11,29 14,19 13,08 12,19 9,64 9,88 
C 40 CP III C 40 10,32 14,27 12,08 10,81 9,94 7,92 
Obs.: (*) Erro relativo médio de 1%. 
 
 
0%
5%
10%
15%
20%
0 14 28 42 56 70 84 98
Idade (dias)
Po
ro
si
da
de
 A
be
rt
a
C30 CP II C30 CP III
C40 CP II C40 CP III
 
Figura 5.46 - Porosidade aberta das argamassas extraídas dos concretos das classes 
C30 e C40. 
 191
Todos os traços, independentemente da classe de resistência ou do tipo de cimento 
utilizado, apresentaram um comportamento bastante semelhante. A porosidade média 
aos 3 dias de idade foi de 11%, aumentando para 14% aos sete dias e chegando a 
aproximadamente 9% aos 91 dias. 
 
Porosidade Fechada 
A diferença entre a porosidade total (PT), calculada pela expressão 5.7 e apresentada na 
Tabela 5.8, a porosidade aberta (PA), obtida por meio da porosimetria de mercúrio e 
apresentadana Tabela 5.9, foi chamada de porosidade fechada (PF), significando que o 
mercúrio não teve acesso a esses vazios. A Tabela 5.10 e a Figura 5.47 mostram os 
resultados obtidos. 
 
Tabela 5.10 - Percentual de poros fechados nas argamassas dos concretos 
analisados. 
Traço Classe de Resistência 
Poros Fechados (%)* 
3 dias 7 dias 14 dias 28 dias 56 dias 91 dias 
C 30 CP II C 30 11,71 12,42 11,53 11,44 6,92 5,71 
C 30 CP III C 30 15,46 8,58 8,55 4,41 2,94 1,24 
C 40 CP II C 40 12,10 7,75 8,17 2,91 3,84 4,25 
C 40 CP III C 40 17,40 10,48 13,25 7,19 8,59 0,52 
Obs.: (*) Erro relativo médio de 2%. 
 
 
0%
5%
10%
15%
20%
0 14 28 42 56 70 84 98
Idade (dias)
Po
ro
si
da
de
 F
ec
ha
da
C30 CP II C30 CP III
C40 CP II C40 CP III
 
Figura 5.47 - Porosidade fechada das argamassas extraídas dos concretos das classes 
C30 e C40. 
 192
Novamente se verifica uma tendência clara de redução da porosidade do material. Na 
idade de 91 dias as menores porosidades fechadas foram observadas nas argamassas 
extraídas dos concretos fabricados com os cimentos do tipo CP III fabricados com as 
maiores adições de escória de alto-forno. 
O fato do concreto C30 CP III apresentar um coeficiente de permeabilidade maior que o 
concreto C40 CP III, conforme visto na Figura 5.16, mesmo tendo um volume de poros 
semelhante nos leva a supor que o mesmo possui possivelmente uma maior na 
conectividade entre os poros e uma menor densificação na zona de transição. 
 
Diâmetro Médio dos Poros – 
 
O diâmetro médio dos poros das argamassas extraídas das matrizes dos concretos 
estudados foi medido através do emprego de duas técnicas. A porosimetria de mercúrio 
permitiu caracterizar o material fornecendo a sua distribuição de poros na faixa de 0,1 
μm a 100 μm. O diâmetro médio dos poros foi obtido através da relação 
A
VD 4= . Os 
resultados experimentais são apresentados nas Tabelas 5.11 a 5.13 e nas Figuras 5.48 a 
50. Os poros menores que 0,1 μm foram medidos a partir de ensaios de adsorção de 
nitrogênio e os resultados obtidos são apresentados nas Tabelas 5.14 a 5.16 e nas 
Figuras 5.51 a 5.53. 
 
Tabela 5.11 - Volume total de mercúrio introduzido nas argamassas dos concretos 
analisados obtidos por meio de ensaios de porosimetria de mercúrio. 
Traço Classe de Resistência 
Volume Total de Mercúrio Introduzido (cm3/g)* 
3 dias 7 dias 14 dias 28 dias 56 dias 91 dias 
C 30 CP II C 30 0,0572 0,0699 0,0517 0,0525 0,0487 0,0495 
C 30 CP III C 30 0,0551 0,0742 0,0727 0,0526 0,0508 0,0518 
C 40 CP II C 40 0,0566 0,0722 0,0711 0,0679 0,0478 0,0490 
C 40 CP III C 40 0,0515 0,0573 0,0619 0,0543 0,0495 0,0388 
Obs.: (*) Erro relativo médio de 1%. 
 
 
 
 193
Tabela 5.12 - Área total de poros nas argamassas dos concretos analisados obtidos 
por meio de ensaios de porosimetria de mercúrio. 
Traço Classe de Resistência 
Área Total de Poros (m2/g)* 
3 dias 7 dias 14 dias 28 dias 56 dias 91 dias 
C 30 CP II C 30 4,060 3,637 3,987 13,414 15,231 13,187 
C 30 CP III C 30 2,153 4,787 9,926 10,113 13,867 16,710 
C 40 CP II C 40 4,127 5,988 7,960 11,258 13,251 13,497 
C 40 CP III C 40 3,452 3,543 9,088 14,020 16,988 14,371 
Obs.: (*) Erro relativo médio de 1%. 
 
 
Tabela 5.13 - Diâmetro médio dos poros nas argamassas dos concretos analisados 
obtidos por meio de ensaios de porosimetria de mercúrio. 
Traço Classe de Resistência 
Diâmetro Médio dos Poros - 4V/A (µm)* 
3 dias 7 dias 14 dias 28 dias 56 dias 91 dias 
C 30 CP II C 30 0,0564 0,0768 0,0519 0,0157 0,0128 0,0150 
C 30 CP III C 30 0,1024 0,0620 0,0293 0,0208 0,0319 0,0124 
C 40 CP II C 40 0,0549 0,0482 0,0357 0,0241 0,0144 0,0145 
C 40 CP III C 40 0,0596 0,0647 0,0272 0,0155 0,0117 0,0108 
Obs.: (*) Erro relativo médio de 2%. 
 
 
0,02
0,04
0,06
0,08
0 14 28 42 56 70 84 98
Idade (dias)
V
ol
um
e 
de
 M
er
cú
ri
o
(c
m
3 /g
)
C30 CP II C30 CP III
C40 CP II C40 CP III
 
Figura 5.48 – Volume de mercúrio introduzido nas argamassas dos concretos analisados 
das classes C30 e C40 obtidos por meio de ensaios de porosimetria de 
mercúrio. 
 
 
 194
 
0
5
10
15
20
0 14 28 42 56 70 84 98
Idade (dias)
Á
re
a 
T
ot
al
 d
e 
Po
ro
s
 (m
2 /g
)
C30 CP II C30 CP III
C40 CP II C40 CP III
 
Figura 5.49 – Área total de poros nas argamassas dos concretos analisados das classes 
C30 e C40 obtidos por meio de ensaios de porosimetria de mercúrio. 
 
0,00
0,03
0,06
0,09
0,12
0 14 28 42 56 70 84 98
Idade (dias)
D
iâ
m
et
ro
 M
éd
io
 d
os
 P
or
os
 
(1
0-
6 m
)
C30 CP II C30 CP III
C40 CP II C40 CP III
 
Figura 5.50 - Diâmetro médio dos poros nas argamassas dos concretos analisados das 
classes C30 e C40 obtidos por meio de ensaios de porosimetria de 
mercúrio. 
 
 
Observa-se uma redução do volume de mercúrio introduzido na estrutura de vazios do 
material acompanhado de um aumento da área total de poros, acarretando numa redução 
média no diâmetro dos poros maiores que 0,1 µm dos 3 dias até os 28 dias de cerca de 
 195
66%. Através dos resultados obtidos não é possível observar variações de padrões de 
comportamento entre os concretos em função da variação da classe de resistência ou do 
tipo de cimento utilizado. A técnica utilizada não foi capaz de apresentar as explicações 
das diferenças observadas nos ensaios macroestruturais realizados. 
 
 
Tabela 5.14 - Variação volume total dos poros em função da idade dos concretos 
analisados obtido por meio de ensaios de adsorção de nitrogênio. 
Traço Classe de Resistência 
Volume Total (cm3/g)* 
3 dias 7 dias 14 dias 28 dias 56 dias 91 dias 
C 30 CP II C 30 0,04770 0,06021 0,05305 0,05302 0,05643 0,06135 
C 30 CP III C 30 0,04556 0,05141 0,03961 0,06020 0,06597 0,06250 
C 40 CP II C 40 0,07518 0,06349 0,05724 0,06374 0,06608 0,05394 
C 40 CP III C 40 0,08732 0,09174 0,09025 0,07994 0,05202 0,06325 
Obs.: (*) Erro relativo médio de 5%. 
 
 
Tabela 5.15 - Multipoint BET. Variação da área superficial específica dos poros 
em função da idade dos concretos analisados. 
Traço Classe de Resistência 
Área Superficial Específica (m2/g)* 
3 dias 7 dias 14 dias 28 dias 56 dias 91 dias 
C 30 CP II C 30 12,51 16,91 22,08 20,00 18,10 26,93 
C 30 CP III C 30 18,86 21,11 11,18 20,66 27,68 26,34 
C 40 CP II C 40 29,76 28,79 25,25 30,73 33,37 25,14 
C 40 CP III C 40 35,55 39,36 40,77 31,10 23,40 28,80 
Obs.: (*) Erro relativo médio de 3%. 
 
 
Tabela 5.16 - Variação do diâmetro médio dos poros em função da idade dos 
concretos analisados obtido por meio de ensaios de adsorção de 
nitrogênio. 
Traço Classe de Resistência 
Diâmetro Médio (nm)* 
3 dias 7 dias 14 dias 28 dias 56 dias 91 dias 
C 30 CP II C 30 15,25 14,24 9,608 10,61 12,47 9,112 
C 30 CP III C 30 9,665 9,747 13,35 10,85 9,532 9,491 
C 40 CP II C 40 10,10 8,820 9,069 8,296 7,921 8,582 
C 40 CP III C 40 9,824 9,323 8,855 10,28 8,893 8,785 
Obs.: (*) Erro relativo médio de 4%. 
 
 
 196
 
0,00
0,02
0,04
0,06
0,08
0,10
0 14 28 42 56 70 84 98
Idade (dias)
Vo
lu
m
e 
To
ta
l d
e 
Po
ro
s 
(c
m
3 /g
)
C30 CP II C30 CP II
C40 CP II C40 CP III
 
Figura 5.51 - Volume total de poros nas argamassas dos concretos analisados das classes 
C30 e C40 obtidos por meio de ensaios de adsorção de nitrogênio. 
 
 
 
0
10
20
30
40
50
0 14 28 42 56 70 84 98
Idade (dias)
Á
re
a 
Su
pe
rf
ic
ia
l (
m
2 /g
)
C30 CP II C30 CP III
C40 CP II C40 CP III
 
Figura 5.52 - Área superficial dos poros nas argamassas dos concretos analisados das 
classes C30 e C40 obtidos por meio de ensaios de adsorção de nitrogênio. 
 
 197
0
4
8
12
16
20
0 14 28 42 56 70 84 98
Idade (dias)
D
iâ
m
et
ro
 M
éd
io
 d
os
 P
or
os
 (n
m
)
C30 CP II C30 CP III
C40 CP II C40 CP III
 
Figura 5.52 - Diâmetro médio dos poros nas argamassas dos concretos analisados das 
classes C30 e C40 obtidos por meio de ensaios de adsorção de nitrogênio. 
 
Os poros menores que 0,1 µm apresentaram variações muito menores que os obtidos 
nos ensaios de porosimetria de mercúrio. Dos3 dias aos 91 dias verifica-se uma redução 
em seu diâmetro da ordem de 9%. Os padrões de variação do volume, da área e do 
diâmetro de poros não são capazes de distinguir o efeito da classe de resistência e do 
tipo de cimento utilizado nas variações macroestruturais observadas. 
 
 
6 
 
CONCLUSÕES 
 
 
O presente trabalho pretendeu caracterizar e analisar a macro e microestrutura de 
concretos dosados com cimentos Portland contendo adições de escórias de alto-forno. 
Concretos das classes de resistência à compressão de 30 MPa e 40 MPa dosados com os 
cimentos CP II E 32 e CP III 32 foram fabricados e avaliados. A análise da 
microestrutura foi feita em diferentes idades durante o período de hidratação do 
cimento, através de ensaios de difração de raios X, análises térmicas, microscopia 
eletrônica de varredura, picnometrias, porosimetria de mercúrio e adsorção de 
nitrogênio. O módulo de deformação estático secante, a resistência à compressão e a 
permeabilidade à água, realizados em datas coincidentes com os ensaios da 
microestrutura, foram as propriedades avaliadas para verificação do comportamento 
mecânico e da durabilidade do concreto. Os resultados obtidos descreveram 
quantitativamente as propriedades macroestruturais e qualitativamente as propriedades 
microestruturais mostrando as potencialidades e limitações das técnicas utilizadas.A 
seguir serão apresentadas as principais conclusões obtidas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 199
 
Com relação aos materiais utilizados pode-se concluir que: 
 
1. Observou-se que o agregado miúdo utilizado possui teor de material pulverulento de 
14,8%, superando os limites estabelecidos pela NBR 7211:2005. A análise 
mineralógica da fração fina, não indica a presença de fases mineralógicas capazes de 
interferir de forma inadequada nas propriedades do concreto. Os traços de concreto 
dosados com tal material, não requereram consumo excessivo de água, nem 
apresentaram problemas de exsudação. 
 
2. Os ensaios de análises químicas realizados no clínquer Portland utilizado na 
fabricação dos cimentos indicaram a presença de aproximadamente 61% de C3S, 
14% de C2S, 7%% de C3A e 14% de C4AF. Os estudos qualitativos obtidos dos 
ensaios de difração de raios X confirmam a presença predominante de C3S (alita). 
 
3. Verificou-se uma diferença muito grande na composição mineralógica das escórias. 
A escoria denominada como tipo 1 apresentou um composição amorfa e uma 
composição química em concordância com as normas técnicas. Já a escória tipo 2 
apresentou uma estrutura mais cristalina sugerindo uma possível menor reatividade 
quando adicionada ao cimento. Verificou-se que a composição química da escória 
tipo 2 não atende a especificação estabelecida na NBR 5735:1991. 
 
4. Verificou-se que os corpos-de-prova de argamassa fabricados com os cimentos do 
tipo CP II E 32 apresentaram ganhos de resistência à compressão nas primeiras 
idades superiores aos daqueles fabricados com os cimentos CP III 32. Tais 
resultados indicam que maiores adições de escória retardam os ganhos de 
resistência. Observou-se também que a superfície específica Blaine dos cimentos CP 
II foram superiores às dos cimentos CP III o que aumenta a reatividade dos mesmos. 
Aos 28 dias todos os corpos-de-prova apresentaram resistências superiores aos 32 
MPa exigidos por norma para a classe de resistência a que pertencem. 
 
 
 200
 
5. O cimento CP III 32 utilizado no traço C40 CP III foi o que apresentou menor 
resistência à compressão aos 28 dias mesmo tendo uma superfície específica Blaine 
maior que o CP III 32 utilizado no traço C30 CP III. O teor mais alto de escória do 
tipo 2, menos amorfa e consequentemente menos reativa, presente em tal cimento, 
pode ser a principal causa desse fato. 
 
Com relação aos concretos estudados pode-se concluir que: 
 
6. Analisando a evolução ao longo do tempo da resistência à compressão para os traços 
fabricados com os cimentos CP II E-32 e CP III 32, respectivamente, pode-se 
concluir que as resistências almejadas, para a idade de 28 dias, foram alcançadas em 
todos os casos. Verifica-se também que nas idades até 56 dias, os valores de 
resistência obtidos com o cimento CP II E 32 não foram superados pelos obtidos 
com o cimento CP III 32 para uma mesma classe de resistência de concreto. Aos 91 
dias de idade este fato se inverte: as resistências dos concretos produzidos com 
cimento CP III 32 foram maiores em relação aos fabricados com cimento CP II E 
32. 
 
7. Analisando a evolução ao longo do tempo do módulo de elasticidade secante para os 
traços fabricados com os cimentos CP II E-32 e CP III 32, verifica-se que nas idades 
até 14 dias, os valores obtidos com o cimento CP II E 32 tendem a se manter 
superiores aos obtidos pelo cimento CP III 32 para uma mesma classe de resistência 
de concreto. A partir desta idade este fato se inverte: os módulos de elasticidade dos 
concretos produzidos com cimento CP III 32 foram maiores em relação aos 
fabricados com cimento CP II E 32. 
 
8. Pôde-se observar por meio dos ensaios realizados que a influência da adição de 
escória de alto-forno em teores mais elevados no cimento retarda mais o ganho de 
resistência do que o do módulo de elasticidade nos concretos. 
 
 
 201
 
 
9. Pôde-se observar por meio dos resultados de resistência à compressão e módulo de 
elasticidade apresentados que o Cimento CP III 32 fabricado com a escória menos 
amorfa utilizado no traço C40 CP III apesar de ter apresentado menor resistência à 
compressão segundo a NBR 7215:1996, não comprometeu essas propriedades 
mecânicas de tal do concreto. 
 
10. Os resultados obtidos para os módulos de elasticidade estático secante indicam crer 
que a expressão proposta pela NBR 6118:2003 para avaliação deste módulo em 
função da resistência à compressão superestima os valores medidos. Tais análises 
levam a questionar o uso da expressão proposta pela NBR 6118:2003 para a 
obtenção do módulo de elasticidade em função da resistência à compressão na fase 
de projeto. Os resultados obtidos pelo uso da mesma fornecem valores de rigidez do 
material maiores do que os medidos nestes ensaios. 
 
11. Entre os concretos de mesma resistência à compressão almejada (C 40), pode-se 
observar que o fabricado com cimento CP III 32 apresentou coeficiente de 
permeabilidade significativamente menor em todas as idades investigadas. Este fato 
revela que um maior percentual de escória proporcionou uma matriz mais densa e 
consequentemente mais impermeável. 
 
12. Não ocorreu nenhuma alteração significativa no padrão dos difratogramas em 
decorrência dos diferentes teores de escória adicionados, conforme indicado na 
Tabela 4.5. Tal constatação confirma mais uma vez a viabilidade da substituição do 
clínquer de cimento Portland pela escória de alto-forno, pois a expressiva 
reatividade apresentada a qualifica como um aditivo de alta qualidade para os fins 
propostos. 
 
 
 
 
 202
 
13. A presença de alita (C3S) e de belita (C2S) em todos os ensaios de difração de raios-
X executados para as idades estudadas indica que as reações de hidratação não se 
processaram completamente. Como a hidratação dessas fases gera ganhos na 
resistência do concreto, esse processo tardio pode ser responsável por parte dos 
ganhos residuais de resistência até a idade de 91 dias, ainda que tais ganhos ocorram 
com taxas muito inferiores às observadas até os primeiros 28 dias. 
 
14. O teor de portlandita aumenta nas primeiras idades, supostamente em função da 
hidratação do silicato tricálcico presente nos cimentos utilizados. A partir dos 
quatorze dias, verifica-se de um modo geral, uma tendência da redução dos teores de 
hidróxido de cálcio na argamassa do concreto, provavelmente em função das 
reações com os constituintes da escória de alto-forno presente na composição dos 
cimentos utilizados. 
 
15. Observou-se nas curvas deTG, obtidas dos ensaios térmicos dos concretos das 
classes C30 e C40 fabricados com os cimentos CP II E 32 e CP III 32 para as idades 
de 3, 28 e 91 dias, que a maior capacidade do material reter água livre está mais 
associada à classe de resistência do que ao tipo de cimento utilizado. As curvas de 
TG dos quatro traços analisados aos 91 dias de idade se encontram praticamente 
sobrepostas e indicam uma grande capacidade de retenção de água livre. 
Provavelmente, isso ocorreu porque nessa idade boa parte das reações de hidratação 
dos cimentos já se processou favorecendo a redução do volume de poros do 
material, tornando-os consequentemente mais compactos. 
 
16. Observou-se na argamassa do concreto por meio da microscopia eletrônica de 
varredura uma grande ocorrência de grânulos de silicatos de cálcio hidratado C-S-H 
com diferentes morfologias e composições. A morfologia predominante foi a tipo III 
constituída por aglomerados de partículas, pequenos grãos equiaxiais formando 
flocos. Outra morfologia encontrada para o C-S-H é a de tipo II, que possui 
estrutura reticular. Foram observadas estruturas mais compactas para idades mais 
avançadas. 
 203
 
17. A relação CaO/SiO2 (C/S) dos silicatos variou de 1 a 5, sendo que, em média, os 
valores mais elevados foram encontrados nos concretos utilizando CP II E 32. Tal 
constatação sugere que a reserva alcalina dos concretos fabricados com cimentos 
contendo teores mais elevados de escória possuem menores reservas alcalinas, 
sendo possivelmente mais suscetíveis à carbonatação. 
 
 
18. Os resultados obtidos indicam uma redução ao longo do tempo do volume total de 
poros nas argamassas extraídas dos concretos ensaiados. Aos 3 dias tem-se em 
média 25% de porosidade contra 12% aos 91 dias. 
 
19. Verificou-se uma tendência clara de redução da porosidade do material. Na idade de 
91 dias as menores porosidades fechadas foram observadas nas argamassas extraídas 
dos concretos fabricados com os cimentos do tipo CP III fabricados com as maiores 
adições de escória de alto-forno. 
 
20. Observou-se uma redução do volume de mercúrio introduzido na estrutura de vazios 
do material acompanhado de um aumento da área total de poros, acarretando numa 
redução média no diâmetro dos poros maiores que 0,1 µm dos 3 dias até os 28 dias 
de cerca de 66%. Através dos resultados obtidos não é possível observar variações 
de padrões de comportamento entre os concretos em função da variação da classe de 
resistência ou do tipo de cimento utilizado. A técnica utilizada não foi capaz de 
apresentar as explicações das diferenças observadas nos ensaios macroestruturais 
realizados. 
 
 
 
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ANEXOS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
216 
 
 
 
 
 
 
 
Anexo A 
 
Resultados dos ensaios de espectroscopia de difração de raios X realizados 
na argamassa dos quatro traços de concreto ensaiados nas idades de 3, 7, 
14, 28, 56 e 91 dias. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
217 
 
Figura A.1 - Resultado do ensaio de espectroscopia dedifração de raios X realizado 
na argamassa da matriz do concreto C30 CP III aos 3 dias de idade. 
 
 
Figura A.2 - Resultado do ensaio de espectroscopia de difração de raios X realizado 
na argamassa da matriz do concreto C30 CP III aos 7 dias de idade. 
 
218 
 
Figura A.3 - Resultado do ensaio de espectroscopia de difração de raios X realizado 
na argamassa da matriz do concreto C30 CP III aos 14 dias de idade. 
 
 
Figura A.4 - Resultado do ensaio de espectroscopia de difração de raios X realizado 
na argamassa da matriz do concreto C30 CP III aos 28 dias de idade. 
 
 
219 
 
Figura A.5 - Resultado do ensaio de espectroscopia de difração de raios X realizado 
na argamassa da matriz do concreto C30 CP III aos 56 dias de idade. 
 
 
 
Figura A.6 - Resultado do ensaio de espectroscopia de difração de raios X realizado 
na argamassa da matriz do concreto C30 CP III aos 91 dias de idade. 
 
220 
 
Figura A.7 - Resultado do ensaio de espectroscopia de difração de raios X realizado 
na argamassa da matriz do concreto C40 CP II aos 3 dias de idade. 
 
 
Figura A.8 - Resultado do ensaio de espectroscopia de difração de raios X realizado 
na argamassa da matriz do concreto C40 CP II aos 7 dias de idade. 
 
 
221 
 
Figura A.9 - Resultado do ensaio de espectroscopia de difração de raios X realizado 
na argamassa da matriz do concreto C40 CP II aos 14 dias de idade. 
 
 
Figura A.10 - Resultado do ensaio de espectroscopia de difração de raios X realizado 
na argamassa da matriz do concreto C40 CP II aos 28 dias de idade. 
 
 
222 
 
Figura A.11 - Resultado do ensaio de espectroscopia de difração de raios X realizado 
na argamassa da matriz do concreto C40 CP II aos 56 dias de idade. 
 
 
Figura A.12 - Resultado do ensaio de espectroscopia de difração de raios X realizado 
na argamassa da matriz do concreto C40 CP II aos 91 dias de idade. 
 
 
 
223 
 
Figura A.13 - Resultado do ensaio de espectroscopia de difração de raios X realizado 
na argamassa da matriz do concreto C40 CP III aos 3 dias de idade. 
 
 
Figura A.14 - Resultado do ensaio de espectroscopia de difração de raios X realizado 
na argamassa da matriz do concreto C40 CP III aos 7 dias de idade. 
 
 
224 
 
 
Figura A.15 - Resultado do ensaio de espectroscopia de difração de raios X realizado 
na argamassa da matriz do concreto C40 CP III aos 14 dias de idade. 
 
 
Figura A.16 - Resultado do ensaio de espectroscopia de difração de raios X realizado 
na argamassa da matriz do concreto C40 CP III aos 28 dias de idade. 
 
 
225 
 
 
Figura A.17 - Resultado do ensaio de espectroscopia de difração de raios X realizado 
na argamassa da matriz do concreto C40 CP III aos 56 dias de idade. 
 
 
Figura A.18 - Resultado do ensaio de espectroscopia de difração de raios X realizado 
na argamassa da matriz do concreto C40 CP III aos 91 dias de idade. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Anexo B 
 
Resultados dos ensaios de análises térmicas realizados na argamassa dos 
quatro traços de concreto ensaiados nas idades de 3, 7, 14, 28, 56 e 91 dias. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 227
 
Figura B.1 - Resultado dos ensaios de análises térmicas realizados na argamassa da 
matriz do concreto C30 CP II aos 3 dias de idade. 
 
 
Figura B.2 - Resultado dos ensaios de análises térmicas realizados na argamassa da 
matriz do concreto C30 CP II aos 7 dias de idade. 
 
 228
 
Figura B.3 - Resultado dos ensaios de análises térmicas realizados na argamassa da 
matriz do concreto C30 CP II aos 14 dias de idade. 
 
 
Figura B.4 - Resultado dos ensaios de análises térmicas realizados na argamassa da 
matriz do concreto C30 CP II aos 28 dias de idade. 
 
 229
 
Figura B.5 - Resultado dos ensaios de análises térmicas realizados na argamassa da 
matriz do concreto C30 CP II aos 56 dias de idade. 
 
 
Figura B.6 - Resultado dos ensaios de análises térmicas realizados na argamassa da 
matriz do concreto C30 CP II aos 91 dias de idade. 
 
 230
 
Figura B.7 - Resultado dos ensaios de análises térmicas realizados na argamassa da 
matriz do concreto C30 CP III aos 3 dias de idade. 
 
 
Figura B.8 - Resultado dos ensaios de análises térmicas realizados na argamassa da 
matriz do concreto C30 CP III aos 7 dias de idade. 
 
 
 
 
 
 231
 
Figura B.9 - Resultado dos ensaios de análises térmicas realizados na argamassa da 
matriz do concreto C30 CP III aos 14 dias de idade. 
 
 
Figura B.10 - Resultado dos ensaios de análises térmicas realizados na argamassa da 
matriz do concreto C30 CP III 32 aos 28 dias de idade. 
 
 
 
 
 232
 
Figura B.11 - Resultado dos ensaios de análises térmicas realizados na argamassa da 
matriz do concreto C30 CP III aos 56 dias de idade. 
 
 
 
 
Figura B.12 - Resultado dos ensaios de análises térmicas realizados na argamassa da 
matriz do concreto C30 CP III aos 91 dias de idade. 
 
 233
 
Figura B.13 - Resultado dos ensaios de análises térmicas realizados na argamassa da 
matriz do concreto C40 CP II aos 3 dias de idade. 
 
 
Figura B.14 - Resultado dos ensaios de análises térmicas realizados na argamassa da 
matriz do concreto C40 CP II aos 7 dias de idade. 
 
 
 
 234
 
Figura B.15 - Resultado dos ensaios de análises térmicas realizados na argamassa da 
matriz do concreto C40 CP II aos 14 dias de idade. 
 
 
 
Figura B.16 - Resultado dos ensaios de análises térmicas realizados na argamassa da 
matriz do concreto C40 CP II aos 28 dias de idade. 
 
 
 235
 
Figura B.17 - Resultado dos ensaios de análises térmicas realizados na argamassa da 
matriz do concreto C40 CP II aos 56 dias de idade. 
 
 
Figura B.18 - Resultado dos ensaios de análises térmicas realizados na argamassa da 
matriz do concreto C40 CP II aos 91 dias de idade. 
 
 
 236
 
Figura B.19 - Resultado dos ensaios de análises térmicas realizados na argamassa da 
matriz do concreto C40 CP III aos 3 dias de idade. 
 
 
 
Figura B.20 - Resultado dos ensaios de análises térmicas realizados na argamassa da 
matriz do concreto C40 CP III aos 7 dias de idade. 
 
 
 237
 
Figura B.21 - Resultado dos ensaios de análises térmicas realizados na argamassa da 
matriz do concreto C40 CP III aos 14 dias de idade. 
 
 
Figura B.22 - Resultado dos ensaios de análises térmicas realizados na argamassa da 
matriz do concreto C40 CP III aos 28 dias de idade. 
 
 238
 
Figura B.23 - Resultado dos ensaios de análises térmicas realizados na argamassa da 
matriz do concreto C40 CP III aos 56 dias de idade. 
 
 
Figura B.24 - Resultado dos ensaios de análises térmicas realizados na argamassa da 
matriz do concreto C40 CP III aos 91 dias de idade. 
 
 
	Capítulo0 - (29-07-08)
	Capítulo1 - (29-07-08)
	Capítulo 2 - (29-07-08)
	Grupo dos Feldspatos
	NBR 7211:2005
	Fonte: apud NEVILLE (1997).
	Classificação
	Descrição
	Capítulo 3 - (29-07-08)
	Capítulo 4 - (29-07-08)
	Capítulo 5 - (29-07-08)
	Capítulo 6 - (29-07-08)
	Revisão Bibliográfica - (29-07-08)
	Anexo A - (29-07-08)
	Anexo B - (29-07-08)